基于FPGA的音乐播放器

基于FPGA的音乐播放器尝试利用FPGA开发板板载资源以及外搭的功率放大电路制作一台音乐播放器，能够播放通过计算机拷贝在SD卡（或MMC卡、TF卡）的根目录中的某一个WAV文件。

一、基本要求：制作音乐播放器（50分）（1）除了外置的音频功率放大器之外，本系统的主体部分（单片机）应基于STI51开发板，音乐来源于SD卡（或MMC卡、TF卡）（10分）（2）制作一个音频功率放大器，能够实现音频信号的功率放大功能，并能成驱动普通扬声器或耳机。

（10分）（3）能够播放单声道、8位，采样率为1.5K（或更高）的WAV文件。

实际播放时，歌声、伴奏声能依稀可辨。

（30分）二、提高要求：提高音乐播放器的音质（50分）（1）能够播放单声道、8位，采样率为2.5K或更高的WAV文件。

实际播放时，歌声、伴奏声清晰可辨。

（20分）（2）音频功率放大器从FPGA开发板取电，使用USB即可完成系统所有器件的供电。

（10分）（3）改造一切可以改造的部分以提高播放器的音质。

（20分）（提示：可以利用Adobe Audition软件编辑WAV文件并改变音频位数与采样率；可以利用Ultraedit软件以二进制方式查看WAV文件；WAV文件数据区的每一个字节顺次送入D/A中即可实现WAV文件的播放。

）起草人：刘文浩2010-11-25，04:43若具备一定的基础，以下内容可以忽略。

下面的内容是利用单片机制作音乐播放器的步骤。

题目分析1 系统开发步骤本题目对于刚学习完单片机尚未上手的同学来说可能难度较大，刚开始就着手制作一个以SD卡（或MMC卡、TF卡）为存储介质的音乐播放器并且要想尽办法提高播放音乐的音质具有较大难度，且容易让制作者失去继续制作下去的信心。

建议在制作过程中循序渐进，一步一步逐步深入逐渐实现以下功能：第一步：能够播放存储在单片机程序（ROM）中的音乐。

（参考时间：4天）第二步：通过串口调试助手向单片机发送WAV文件，使单片机能够播放计算机发出的WAV文件数据流。

应的音符放在一个连续 的地址 ， 具体电路如图 １所示。
参 考 文献 ： 【 １ １ 张庆 玲 ， 杨 勇． Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 原 理 与 实践 ［ Ｍ】 ． 北京： 北 京航 空航 天 大 学 出版 社 ． ２ ０ ０ ６
［ ２ ］ 刘睿 强． Ｆ Ｐ Ｇ Ａ应 用技 术及 实践［ Ｍ ］ ． 北京： 北 京理 工大 学
出版 社 ． ２ ０１ １
［ ３ 】 袁 海林． 基于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的具有存储功 能的 电子琴的设计 Ｉ Ｊ １ ．
中国科技信 ｇ － 。 ２ ０ ０ ７ ， （ １ ９ ） ［ ４ ］ 郑亚民． 可编程逻辑器件开发软件 Ｑ ｕ ａ ａ ｕ ｓ ｌ Ｉ ［ Ｍ］ ． 北京： 国
防 工 业 出版 社 ． ２ ０ ０ ６
机 械 与 自动 化
２ ０ １ ３ ． Ｎ ０． １ １ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ’ 。 。 。 。 。 Ｔ 。 。 。 ｅ 。 ’ ’ ｃ 。 。 。 ｈ 。 。 。 。 ’ ｎ ‘ 。 ｏ 。 。 。 。 ｌ 。 。 ｏ 。 。 — ｇ ｙ —
计数 器是数字 系统 中应 用较 多的基本逻 辑器件 ｌ ２ １ ３ 】 。 它的
综合分析 。其仿真结果如 图 ２所示。
基本功能是实现计数操作 ， 它也可用与分频 、 定 时、 产生节拍脉 冲和脉 冲序列等 。分频器是将不 同频段 的声音信号 区分开来 ，
分别给于放大 ， 送到相应频段的扬声器 中再进行重放。
图 ｌ 数控 果
作者简介 ：
付莉 （ １ ９ ８ ５ 年一 ） ， 女， 汉族 ， 毕业 于桂林 电子科技大学 ， 助
教， 研究方向 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 及嵌 入 式 系统 设 计 。

2 编写设计报告,要求包括方案选择,程序清单,调试过程,测试结果及心得.
第三章
3.1
为了便于理解,首先介绍一下硬件电路的发声原理.我们知道,声音的频谱范围约在几十到几千赫兹,若能利用程序来控制 某个引脚输出一定频率的矩形波,接上扬声器就能发出相应频率的声音.而乐曲中的每一音符对应着一个确定的频率,因此,要想 发出不用音符的音调,实际上只要控制它输出相应音符的频率即可.乐曲都是由一连串的音符组成,因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率,就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调.而要准确地演奏出一首乐曲,仅仅让扬声器能够发声是不够的,还必须准确地控制乐曲的节奏,即每个音符的持续时间.由此可见,乐曲中每个音符的发音频率及其持续的时间是乐曲能够连续演奏的两个关键因素.
课程设计
课程名称:可编程数字片上系统实训
设计题目:基于FPGA的音乐播放器设计
院系:电气信息学院
指导教师:谷雷
专业:通信工程
学号:122700109
姓名:尚斌成
长春建筑学院
2015年12月31日
摘 要
在 开发环境下,采用 硬件描述语言设计了一个可以在 芯片上实现的音乐播放器.通过将音乐播放器电路设计进行模块化分解,层次化设计,分成几个单独的结构体,每个结构体实现部分功能,经顶层文件将各单独结构体进行综合,最后将设计代码结合 模块制作的 文件下载到 实验箱进行功能验证,实现乐曲播放.由于音乐播放器的通用性及 语言的可移植性, 因此本音乐播放器可直接应用于各种不同系列的 芯片的设计中.
而简易电子琴,工作原理与乐曲演奏一样,只是将固定预置乐曲变成了手动按键输入,节拍时间取决于按键的停留时间,如果合适,同样能播放出完整的歌曲来.
3.1.1
频率的高低决定了音调的高低.音乐的十二平均率规定:每两个八度音（如简谱中的中音1和高音1）之间的频率相差一倍.在两个八度音之间又分为十二个半音.另外,音名A（简谱中的低音6）的频率为440Hz,音名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之间每个音名对应的频率,所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到的.由于音阶频率多为非整数,而分频系数又不能为小数,因此必须将计算得到的分频数四舍五入取整.若基准频率过低,则由于分频比太小,四舍五入取整后的误差较大,若基准频率过高,虽然误差较小,但分频数将变大.实际的设计应综合考虑这两方面的因素,在尽量减小频率误差的前提下取合适的基准频率.因此,要想 发出不同音符的音调,实际上只要控制它输出相应音符的频率即可.综合考虑各因素,本文中选取12MHZ作为CLK的分频计数器的输入分频信号.乐曲都是由一连串的音符组成,因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率,就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调.

摘要本文以FPGA为核心控制器件，描述了一种基于FPGA的乐曲发生器的设计方法，该设计在MAX+PLUSⅡ的EDA软件平台上，通过定制LPM-ROM存储音乐数据，达到了以纯硬件的手段来实现乐曲的演奏效果。

只要修改LPM-ROM中所存储的音乐数据，就可以实现其它乐曲的演奏。

因此，该设计具有电路简单、程序易改和调试方便等特点。

整个系统工作稳定，程序精简，界面友好。

关键词: FPGA ；乐曲播放器器；EDAAbstractThis article introduces the design taking FPGA as the core control device, describes a FPGA based music generator design method, the design in the MAX+PLUS II EDA software platform, through custom LPM-ROM stored music data, reached a pure hardware means to achieve the music playing effect. As long as the modified stored in LPM-ROM music data, can realize the other music playing. Therefore, the design has the advantages of simple circuit, easy to program and convenient debugging etc.. The entire system is stable, procedure simplification, friendly interface. Keyword: FPGA; Music generator;EDA目录1 绪论................................................... 错误！未定义书签。