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1、EDA技术及其应用,第4章 应用VHDL设计数字系统,项目1：电子琴的设计,设计目标：设计一个电子琴，具有8个按键，当按下某一个按键的时候，能够演奏8个音符之一：1、2、3、4、5、6、7、H1视频演示知识点：熟练掌握计数器的设计方法；熟练掌握可变分频器的设计方法；熟练掌握IF语句的使用；熟练掌握CASE语句的使用；,项目1：电子琴的设计,项目分析：设计问题：如何发出不同音调的声音？,需要：可变分频器（数控分配器）,项目1：电子琴的设计,项目1：电子琴的设计,项目分析：设计关键1：可变分频器（数控分配器）！,项目1：电子琴的设计,LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_
2、1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT10 IS PORT(CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;CNT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);COUT:OUT STD_LOGIC);END CNT10;,知识回顾：10进制计数器设计,项目1：电子琴的设计,ARCHITECTURE behav OF CNT10 ISBEGIN PROCESS(CLK,RST,EN)VARIABLE CNTI:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN IF RST=1 THEN CN
3、TI:=(OTHERS=0);-计数器异步复位 ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-检测时钟上升沿 IF EN=1 THEN-检测是否允许计数（同步使能）IF CNTI 0);-大于等于9，计数值清零 END IF;END IF;END IF;IF CNTI=9 THEN COUT=1;-计数等于9，输出进位信号 ELSE COUT=0;END IF;CNT=CNTI;-将计数值向端口输出 END PROCESS;END behav;,知识回顾：10进制计数器设计,仿真结果：10进制计数器设计,结论：计数器就可以完成分频器的任务！,项目1：电子琴的设计,项目1：电子琴的
4、设计,LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT_N IS PORT(CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;N:IN STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);CNT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);COUT:OUT STD_LOGIC);END CNT_N;,设计关键：N进制计数器设计可变分频器,项目1：电子琴的设计,ARCHITECTURE behav OF CNT_N ISBEGIN PROCESS(C
5、LK,RST,EN)VARIABLE CNTI:STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);BEGIN IF RST=1 THEN CNTI:=(OTHERS=0);-计数器异步复位 ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-检测时钟上升沿 IF EN=1 THEN-检测是否允许计数（同步使能）IF CNTI 0);-大于等于N-1，计数值清零 END IF;END IF;END IF;IF CNTI=N-1 THEN COUT=1;-计数等于N-1，输出进位信号 ELSE COUT=0;END IF;CNT=CNTI;-将计数值向端口输出 END PROCE
6、SS;END behav;,设计关键：N进制计数器设计可变分频器,设计关键：N进制计数器设计可变分频器,结论：COUT实现了N分频，但是占空比是1/N，能量不足，无法驱动蜂鸣器工作。,N分频，占空1/N,项目1：电子琴的设计,项目1：电子琴的设计,LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT_N IS PORT(CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;N:IN STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);CNT:OUT STD_LOGIC_VECTO
7、R(11 DOWNTO 0);COUT:OUT STD_LOGIC);END CNT_N;,设计关键：改进的N进制计数器可变分频器，COUT占空比50%,项目1：电子琴的设计,ARCHITECTURE behav OF CNT_N ISBEGIN PROCESS(CLK,RST,EN)VARIABLE CNTI:STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);BEGIN IF RST=1 THEN CNTI:=(OTHERS=0);-计数器异步复位 ELSIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN-检测时钟上升沿 IF EN=1 THEN-检测是否允许计数（同步使能）IF
8、 CNTI 0);-大于等于N/2，计数值清零 END IF;END IF;END IF;IF CNTI CONV_INTEGER(N)/2 THEN COUT=0;ELSE COUT=1;END IF;CNT=CNTI;COUT=COUTI;-将计数值向端口输出 END PROCESS;END behav;,设计关键：改进的N进制计数器可变分频器，COUT占空比50%,IF CNTI=N-1 THEN COUT=1;-计数等于N-1，输出进位信号 ELSE COUT=0;END IF;,占空比非50%,占空比接近50%,结论：COUT实现了N分频，当N比较大时，占空比是接近50%，能量足以驱
9、动蜂鸣器工作。,设计关键：改进的N进制计数器可变分频器，COUT占空比50%,项目1：电子琴的设计,项目1：电子琴的设计,项目分析：设计关键2：向可变分频器（数控分配器）提供分频数字，需要一个“频率”到“分频数”的转换模块。,项目1：电子琴的设计,LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY converter IS PORT(key:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);en:OUT STD_LOGIC;div_num:OUT integer range
10、 0 to 4095;CODE:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);HIGH:OUT STD_LOGIC);END entity converter;,设计关键2：“频率”到“分频数”的转换模块。,项目1：电子琴的设计,ARCHITECTURE one OF converter IS BEGIN PROCESS(converter)BEGIN CASE key IS-译码电路，查表方式，控制音调的预置数 WHEN 00000000=div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num div
11、_num div_num=0;en=0;CODE=0000;HIGH=0;-同时按多个键，0Hz，不响 END CASE;END PROCESS;END one;,设计关键2：“频率”到“分频数”的转换模块。,项目1：电子琴的设计,设计关键2：“频率”到“分频数”的转换模块。,设计关键3：在顶层原理图中组装各个功能模块。,项目1：电子琴的设计,项目1：电子琴的设计总结,知识点回顾：IF语句的使用；CASE语句的使用；计数器的设计；可变分频器的设计；,项目1：电子琴的设计总结,知识点回顾：IF语句的使用；IF语句既可以描述组合电路，也可以描述时序电路；完整条件IF语句用来描述组合电路；,IF s
12、=0 THEN y=a;ELSE y=b;END IF;,IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN CNT=CNT+1;END IF;,不完整条件IF语句用来描述时序电路；,项目1：电子琴的设计总结,知识点回顾：CASE语句的使用；CASE语句最适合于描述译码器电路；不完整的CASE语句会生成不必要的锁存器；,CASE key IS-译码电路，查表方式，控制音调的预置数 WHEN 00000000=div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num div_num=0;en=0;CODE=0000;HIGH=0;-同时按多个键，0Hz，不响 END CASE;,项目1：电子琴的设计总结,知识点回顾：计数器的设计；可变分频器的设计；,项目2：课后练习，音乐播放器的设计,设计目标：设计一个音乐播放器，具有“开始播放”、“暂停播放”和“停止播放”3个按键；当按下“开始播放”按键的时候，能够重新开始演奏一首动听的乐曲；当按下“暂停播放”按键的时候能够在暂停演奏和继续演奏之间切换；当按下“停止播放”按键的时候能够中止播放。,
