1、課程名稱：數(shù)字系統(tǒng)設計實驗指導老師:成績： 實驗名稱：音樂播放器設計實驗實驗類型:設計嬰 一、實驗目的和要求(必填)三、主要儀器設備(必填)五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理七、討論、心得二、實驗內(nèi)容和原理(必填) 四、操作方法和實驗步驟 六、實驗結(jié)果與分析(必填)一、實驗目的和要求 實驗目的：掌握音符產(chǎn)生的方法，了解DDS技術(shù)的應用;了解AC97音頻接口電路的應用；掌握系統(tǒng)“自頂而下”的設計方法。實驗要求:(1)可以播放四首樂曲，設置play、next、reset三個按鍵。按play鍵播放當前樂曲,按鍵next播放下一首樂曲。(2) LED0指示播放情況(播放時點亮)，LED2和LED3指示當前樂曲序號

2、。2、個性化要求(1)用鍵盤上的三個按鍵 P、N、Esc控制樂曲的播放。(2)用SVGA顯示樂曲的播放波形。二、實驗內(nèi)容和原理本次實驗共可分成 mcu、 song_reader、 note_player、 codec_conditioner 和 ac97_if 五個 子模塊。如下圖：next buttonpkA bLlUi按健行郭攆京%產(chǎn)產(chǎn)八 主控n.le donePlavLED朱陶濤取new iwlc、；durMioiine( maniplecciidii inner .1 i，_、irl|：,l .Lnt瑞 l：rHt-.1|.C ecconneclicii1 1、mcu模塊接受按鍵信息，

3、通知 song_reader模塊是否要播放(play)及播放哪首樂曲 (song)。2、song_reader模塊本據(jù) mcu的要求，逐個取出音符 note, duration送給note_player 模塊播放，當一首樂曲播放完畢，回復mcu模塊樂曲播放Z束信號(song_done)。3、note_player模塊接收到需播放的音符，在音符的持續(xù)時間內(nèi)，以 48Hz速率送出該 音符的正弦波樣品給 AC97音頻接口模塊。當一個音符播放結(jié)束，向song_reader模塊發(fā)送一個note_done脈沖索取新的音符。4、codec_conditioner、ac97_if模塊負責與 AC97音頻系統(tǒng)接

4、口工作。另外，按鍵處理模塊完成輸入同步化、防顫動和脈寬變換等功能。設計原理：1、主控制模塊mcu的設計根據(jù)設計要求，模塊 mcu的工作流程圖如下圖所示。系統(tǒng)復位后經(jīng)RESET犬態(tài)初始化后進入WAIT狀態(tài)等待按鍵輸入或樂曲播放結(jié)束應答，若有按鍵輸入則轉(zhuǎn)入相應的按鍵處理 狀態(tài)（NEXM PLAY,若一曲播放結(jié)束則進入結(jié)束播放END狀態(tài)。2、樂曲讀取模塊 song_reader的設計結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示， 地址計數(shù)器為5位二進制計數(shù)器，其中note_done為計數(shù)允許輸 入，狀態(tài)q為song_rom的低5位地址，song1:0為song_rom高兩位地址。當?shù)刂酚嫈?shù)器出 現(xiàn)進位或duration為0時

5、，表示樂曲結(jié)束，應輸出一個時鐘周期寬度的高電平脈沖信號song_done。song_reader控制器的算法流程圖暫略。 由于從song_rom中讀取數(shù)據(jù)需要一個數(shù)據(jù)周期， 所以在流程圖中插入 NEXT_NOTE專態(tài)，目的是延遲一個時鐘周期輸出new_note信號，以配合song_rom的讀取要求。3、音符播放模塊 note_player的設計note_player的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示:note_player控制器負責與 song_reader模塊接口，讀取音符信息，并根據(jù)音符信息從 Frequency ROM 中讀取相位增量 step_size 送給 DDS子模塊 sine_reader。另

6、外，note_player 控制器還需要控制音符播放時間。音符定時器為6位二進制方t數(shù)器，beat、time_clear分別為使能、清0信號，均為高電 平有效。定時時間為音符的長短（ duration_to_load個beat周期），timer_done為定時結(jié)束 標志。子模塊sine_reader的功能及就是利用DDS技術(shù)產(chǎn)生正弦樣品，其原理框圖如下所示：由于Sine ROM只給出四分之一周期的正弦樣品，所以地址或數(shù)據(jù)也需要進行相應的處 理，可以直接根據(jù)下圖設計地址處理器和數(shù)據(jù)處理器。區(qū)域Sine ROM 1 icui addi)SjlLipJlf備注11FEiW_Kkfr|IO力仃咒_8啊

7、2加10=f QM時tjoin血1煙D23.忤雨情況阪jraw=addr(Lq：10fHpw_addiit：IOin：4W!rOm *4而取情況取rwji(UllT| 19： 10 1收抓取反三、主要儀器設備XUP Virtex-II Pro 開發(fā)系統(tǒng)、ISE9.2、ModelSim6.0C四、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理各模塊仿真結(jié)果如下所示：1、mcu:RESET:000 WAIT:001 END:010 NEXT:011 PLAY:100以state為核心綜合分析，首先置為RESET犬態(tài)，下個時鐘周期置為 WAIT, play_button置0后狀態(tài)變?yōu)镻LAY之后又是WAIT,按照波形分析過去，

8、發(fā)現(xiàn)和流程圖是一致的，仿 真正確。2、song_reader:/coneI4U I t 1j ! gJJLILJLULJUn/son iZs-dhe- readEr_tb_ vZwsel /mh 口后由der_ lb_ 丫叱惻a可 reader ifaZs3ieadEr_lb_?/Td：B_dcrie 卷：jncLmdBh_ kDri_dure /Wx; isadg lb/s3rc_ieader_it_v/lTa:lcr /ioicicodcf_lh_vw_ft：tc/*bnc_reflidei_lb_M|n!：修口 h qj此“用ui-rrflrfrrJR 疝2*泊1 rrflrlr_lh_

9、7/pl raadeir 由 Wacrni; ie日dei 由 /A ul& rie/songQ1400320IIUQHIJII1；Q1 no1lu7G- IrrL_n_n_n n r_rL_ri_n_n_nLnjTri-rLnFlh n r JirLTLl111111hr-1r 1rnn1 11_=I5T:上-fl-FitrH11 1LLLLUJl先觀察整體，再取幾小段觀察，著重分析 state、new_note、song_done等波形，可以 發(fā)現(xiàn)是符合要求的。3、sine_reader ：首先觀察曲線是否是和step_size有關(guān)的正弦曲線，這一點是滿足的。然后將 uut中的信號也添加進

10、去，從中抽查一些小段，看 sample、sample_out、rom_addr是否滿足要求。 這才能夠初步判斷波形正確。4、note_player :首先觀察曲線是頻率符合要求的正弦信號。一旦sine_reader是正確的，note_player出錯的幾率就比較小。觀察 timer_done信號可以發(fā)現(xiàn)是符合要求的，初步判定note_player模塊正確。00rL_juinnriJU師munijiiiiirniuuujiwjinwJUUL10rLTu0_n1,1PLFL.j_j2oe若庭0用；14Sk -IL_DHD0h_r1他粥1120L_n0101-0TL一n_JL_L_tln11_747

11、3Q114551防底OTOG2J9I50h,r1_r_TLrZnr0,nrrO_JLLtl_nJt 一/_nusG_plfl?5L|Lb_?fli,uul/s3ina_dincjpl 電& i_lb_Yuui/dLrit dh_l,D_ itles j 向電運 u b_ v/n 13 CJiI W5Li(j_W W 六i 立電_dOflE/iLwL_t?la1*cLlb_r.,uul/bc-i/TM5c_rlar_lb_v/uul/j5icrate_rTe /w& jpl VGiJlb_ WuuUio_ 髓 cplo電 c_plajeijb_w/uuiAse_tinple /n&E ph,*r

12、 ih v/um/hM $/中修5、music_player ：/TLtEcplaieMlbv/uuT/reser 人工網(wǎng) cjpl 即ei_ibWuii/t改/inusG_pli3-,5Llb_y.i，uul/rEMl AnL_plar_lb_Wuiib,-ew_F rcmcc_pla_jer_tb_vl.i，unl2：2：3rride_outAnus c_pla_*er_tb_v.uul/py /tls c_pla_.ier_rb_v/LjuL/i-ang/n i春 L-jildijb-/uiijiZeseLP 叫當其他模塊正確時可基本判定music_player仿真正確，因為之前正弦波信

13、號正確此時不再觀察正弦波。我之前犯了一個錯誤就是song_reader的狀態(tài)機NEW_NOTE狀態(tài)有誤，new_note應該是1而不是0。且之前由于疏忽沒有在測試song_reader時發(fā)現(xiàn)，在測試music_player時我發(fā)現(xiàn)其他都正常，但是sample_out在很長時間后才不是 0,經(jīng)過長時間的思考和嘗試后我意識到是這里出了問題。五、實驗結(jié)果與分析用ISE9.2軟件對Verilog代碼進行綜合實現(xiàn)后，下載到 XUP Virtex-II Pro開發(fā)系統(tǒng)進行驗 證，具體過程不再詳述。六、思考題1、在實驗中，為什么next按鍵需要消顫動及同步化處理，而reset、play兩個按鍵不需要消顫動及

14、同步化處理？因為輸入多個reset或play信號都是置零或播放，和輸入一個脈沖信號的效果是相同的， 沒有消顫動及同步化處理也沒有影響。但是對于next鍵，輸入多個脈沖信號和輸入一個脈沖信號的效果不同，不能達到放下一首的目的，可能會跳到很多個下一首，導致很大的問題。2、如果將play按鈕功能重新定義為play/pause ,即單擊此按鈕，樂曲在“播放”和“暫停”兩種轉(zhuǎn)態(tài)之間切換，那么應怎樣修改設計？一開始面對如此大的工程設計我覺得難以入手，好在老師給出了提示：從DDS開始。開始我想要完全弄懂 DDS的原理，看了很久很久的書仍然不太明白，耽誤了很多時間，導 致后面進度一直跟不上，心里非常慌。后來干

15、脆就直接做sine_reader模塊，從全加器開始，地址處理、數(shù)據(jù)處理一個個做下去。這樣雖然對原理和設計一知半解，但是隨著后面的仿真等對原理的認識逐漸加深。雖然還是不太理解為什么這樣設計以及某個已經(jīng)給了代碼的模塊 究竟是干什么的，但是總比開始好多了。 我覺得做實驗一開始不用追求完全理解，總要先入手才能慢慢明白的。代碼的編寫總是存在一些瓶頸，一開始語法不熟，總要想半天怎樣表達這個意思，一般是通過翻書或者問人來解決。一般來說，只要理解了要做什么之后，就比較簡單了。難的是仿真改錯。語法錯誤是最好辦的，唯一的問題軟件提示錯誤原因的英文句子每個詞都認識， 聯(lián)系在一起就不知道是什么意思了。例如我也犯了漏掉endmodule這樣傻的錯誤，看半天也看不懂錯誤原因，直到詢問老師。好的一面是如果老師出一樣的改錯題目我肯定會做了。 端口不對等錯誤自己難以查出，軟件也會提示我們。 但是出來的那些綠線是否正確是個大問題。像mcu這樣的小模塊是很好判斷的，一個狀態(tài)一個狀態(tài)的看一遍就能確保正確與否。 大的模塊怎么辦？我碰了很多壁，明明知道自己有錯就是查不出來，看代