FPGA课程设计：蜂鸣器演奏《义勇军进行曲》与VHDL应用

本篇FPGA课程设计报告名为“FPGA实验报告蜂鸣器音乐演奏”，旨在通过实践让学生深入理解和掌握FPGA技术在音乐播放系统中的应用。首先，实验目标包括熟悉Quartus II软件的使用，掌握EDA实验开发系统的基本操作，学习VHDL语言的单元电路设计，并理解多层设计方法。此外，学生还将设计一个能够自动循环播放《义勇军进行曲》的系统，通过蜂鸣器实现音乐演奏功能。 实验的核心原理围绕音乐频率和持续时间展开，乐曲的时长由节拍数和每个音符的时长决定。最小的节拍如1拍对应0.2秒，通过提供一个5Hz的时钟频率来精确控制。对于不同长度的音符，如全音符、2/4音符和1/4音符，它们的时长是音乐节拍发生器和音调分频器协同工作的结果。音调分频器基于1MHz的基准频率进行分频，生成不同音节的频率，而乐曲存储模块则通过计数器驱动ROM存储的乐曲真值表，实现音阶选择和节拍控制。 设计方案采用了层次化设计策略，将音乐发生器分解为四个模块：时钟分频模块（fdiv）、自动演奏模块（autoplay）、查表及显示模块（table）、音调分频模块（fenpin）。时钟分频模块负责生成1MHz和5Hz的时钟信号，用于控制音乐播放。自动演奏模块根据1MHz时钟信号来控制音乐的播放索引。查表及显示模块依据播放索引从ROM中获取音调分频系数，并通过数码管显示高低音符。音调分频模块则实际执行频率分频操作，确保每个音符的准确播放。 本课程设计不仅锻炼了学生的编程技能和硬件设计能力，还结合了音乐理论，使得学习过程更加生动有趣，有助于加深对FPGA、VHDL和音乐电子硬件的理解。通过这个项目，学生可以了解到如何利用FPGA实现复杂音频信号的处理和控制，以及如何通过硬件实现音乐的实时演奏。