简易乐曲播放器

实验11　简易乐曲播放器

【实验目的】

（1）熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用；

（2）理解状态机的工作原理和设计方法；

（3）掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

【实验所用仪器及元器件】

（1）计算机；

（2）示波器；

（3）直流稳压电源；

（4）万用表；

（5）EDA开发板及相应元器件。

【实验原理】

1.声音基础知识

人听到声音，是由于物体振动后引起的声波传到人的听觉器官引起的感觉。声波是一种机械波，声音音调的高低是由声波的不同频率决定的。

扬声器是一种把电信号转变为声音信号的换能器件。扬声器发出不同音调的声音是由接收到的不同频率的电信号决定的，所以要实现乐曲播放，需要不同频率的电信号按曲谱顺序依次送到扬声器上，而每个频率的信号持续的相对时间是由曲谱决定的。

2.音调的控制

对于音调，乐曲的12平均率规定：每2个八度音（如简谱中的中音1和高音1）之间的频率相差1倍。在2个八度音之间，又可分为12个半音，每2个半音的频率比为2开12次方。另外，音符A（简谱中的低音6）的频率为440Hz，音符B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每个音符的频率。不同音符对应频率见表8－1。

实验中，需要了解时钟信号的频率，然后用分频器将时钟信号分频，得到所需的不同频率的音符信号。

3.音长的控制

音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。例如，如果全音符的持续时间为1s，曲谱中最短的音符为四分音符，就需提供一个4Hz的时钟频率即可产生四分音符的时长。该频率可通过高频时钟分频得到。

要实现曲谱中各音符依次演奏，需设置一个计数器，计数器的每一个值，对应于曲谱中的一个音符。演奏时，计数器自增。该计数器的时钟频率的选择要考虑乐曲中各音符的节拍，也就是每个音的持续时间。

表8－1　不同音符对应频率表

【实验内容】

1.基本内容

设计制作一个简易乐曲播放器。

（1）播放器内预存3首乐曲；

（2）播放模式：顺序播放、随机播放，并用数码管或LED显示当前播放模式；

顺序播放：按内部给定的顺序依次播放3首乐曲；

随机播放：随机产生一个顺序播放3首乐曲；

（3）用数码管显示当前播放乐曲的顺序号；

（4）设置开始／暂停键，乐曲播放过程中按该键则暂停播放，再按则继续播放；

（5）设置Next和Previous键，按Next键可以听下一首，按Previous键回到本首开始；

2.提高要求

（1）用户可以自行设定播放顺序，设置完成后，播放器按该顺序依次播放乐曲；

（2）自拟其他功能。