数控分频器的设计

实验四数控分频器的设计

一、实验目的：

1.学习数控分频器的设计、分析和测试方法，锻炼分析Verilog(VHDL)语言的能力。

二、原理说明：

数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，对原时钟进行占空比为50%的分频。在实验板选择50M 时钟，对其进行2~15分频，分频系数以拨码键盘控制，并用数码管进行显示(十六进制形式)。

三、实验内容：

1、根据由顶向下的设计原则，进行顶层建模。

分频系数分为奇数分频和偶数分频，因些包括Evn_Div(偶数分频)和Odd_Div(奇数分频)模块，数码管显示为SEG7_LUT，采用类似查找表的方式完成。

2、偶数分频

偶数分频模块比较简单，假设分频系数为N，只需要在计数器计到N/2时，将输出时钟反转即可。

仿真图如下：

3、奇数分频

奇数分频相对偶数分频比较麻烦，主要是对原时钟的上升沿和下降沿进行计数，通过两个计数器得到上升沿时钟和下降沿时钟，对这两个时钟进行与操作可得到奇数分频。

仿真图如下：

4、数码管显示

数码管显示模块应用case语句即可完成。

5、分频选择

分频系数有两种，一是偶数，另一个是奇数，因此可通过分频系数的最低位来进行选择，iDIV[0]既作为奇、偶分频模块的使能输入，又可作为输出时钟选择线。

6、顶层模块

将上述几个模块例化即可(注意iDiv[0]的连接方式)。

引脚：

input CLOCK_50;//原时钟

input RST;//复位信号

input [3:0] iDIV;//分频系数

output oCLK;//输出时钟

output [6:0] oSEG;//数码管输出

7、按实验板的管脚连接情况分配引脚。

set_location_assignment PIN_N25 -to iDIV[0]

set_location_assignment PIN_N26 -to iDIV[1]

set_location_assignment PIN_P25 -to iDIV[2]

set_location_assignment PIN_AE14 -to iDIV[3]

set_location_assignment PIN_V2 -to RST

set_location_assignment PIN_AF10 -to oSEG[0]

set_location_assignment PIN_AB12 -to oSEG[1]

set_location_assignment PIN_AC12 -to oSEG[2]

set_location_assignment PIN_AD11 -to oSEG[3]

set_location_assignment PIN_AE11 -to oSEG[4]

set_location_assignment PIN_V14 -to oSEG[5]

set_location_assignment PIN_V13 -to oSEG[6]

set_location_assignment PIN_N2 -to CLOCK_50

set_location_assignment PIN_D25 -to oCLK

8、通过拨码键盘输入不同的分频系数，用示波器观察输出波形。

9、分析波形的各项参数，是否达到分频要求。

四、思考题：

常用的分频方法有哪些？分频有哪些作用？

五、实验报告：

根据以上的要求，将实验内容及思考题写入实验报告。

杭州电子科技大学数电大作业实验报告电子琴

数电大作业实验报告如图是CODE3的case语句程序，该模块是一个编码器，即将输入的8位琴键信号进行编码，输出一个4位码，最多能对应16个音符（若有16个键）。 如图所示是INX2CODE的case语句程序，该模块是一个译码器，它将来自键盘输入的编码信号译码成数控分频器SPK0输出信号的频率控制字。 另外两个模块是M_CODE和DCD7SG，它们的case语句程序如上图所示。前者的功能是将来自CODE3的键盘编码译成简谱码和对应的音调高低值H，后者是一个数码管7段显示译码器，负责将简谱码译成数码管的显示信号。 如图所示是SPK0模块的内部结构。其中的计数器CNT11B是一个LPM宏模块，这是一个11位二进制加法计数器。在设置其结构参数时，应该选择同步加载控制，即sload（Synchronous Load），这样能较好地避免来自进位信号cout中可能的毛刺影响。异步加载aload极易受到随机窄脉冲的误触发，在此类电路中不宜采用。图中D触发器和反相器的功能是将用于控制加载的进位信号延迟半个时钟周期，一来也是为了滤除可能的毛刺，以免对加载更为可靠，因为这时，时钟上升沿正好处于加载脉冲的中点。 模块CODE3,INX2CODE和SPK0的主要工作过程是这样的： 当按琴键后，产生的数据经编码器获得一个编码（例如，当按下第二个键，对应0010，即2），它对应模块INX2CODE中的一个值（2对应390H）。当这个值（如390H）被置入模块SPK0中的11位可预置计数器中后。由于计数器的进位端与预置数加载段端相连，导致此计数器将不断以此值作为计数起始值，直至全1。

以下以预置值为390H为例，来计算SPK0输出信号的频率值。 当以390H为计数器起始值后，此计数器成为一个模（7FFH-390H=46FH=1135）的计数器。即每从CLK端输入1135个脉冲，BEEP端输出一个进位脉冲。由于输入的时钟频率是1MHz （周期是1us），于是BEEP输出的信号频率是1/（1135us）=841Hz。 由下面电子琴的顶层电路可见，SPK0的输出信号经过一个由D触发器接成的T’触发器后才输出给蜂鸣器。这时信号被作了二分频，于是，预置值390H对应的与蜂鸣器发音的基频F 约等于440Hz。 B 电子琴顶层电路中T’触发器有两个功能，一个作用是作二分频器；另一个作用是作为占空比均衡电路。这是因为由SPK0模块输出信号的脉宽极窄，功率极低，无法驱动蜂鸣器，但信号通过T’脉宽就均匀了（F 的占空比为50%）。 B 如图所示是电子琴顶层设计电路，含2个输入口和3个输出口。 1.工作时钟CLK，频率：1MHz。用于在主控模块中产生与琴键对应的振荡频率，以驱动蜂 鸣器发出相应的声音。 2.琴键输入DIN[7..0].8个音符，8位中只能有一位为0，即8个琴键中每一时刻只能按 一个键。 3.输出端口SPK0用于驱动蜂鸣器。 4.输出信号LED接数码管，用于显示对应的简码谱。H显示音高低。

EDA乐曲硬件演奏电路设计 课程设计

摘要 乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种，随着FPGA集成度的提高，价格下降，EDA设计工具更新换代，功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。如今的数字逻辑设计者面临日益缩短的上市时间的压力，不得不进行上万门的设计，同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结构的独特性。使用现今的EDA软件工具来应付这些问题，并不是一件简单的事情。FPGA预装了很多已构造好的参数化库单元LPM 器件。通过引入支持LPM的EDA软件工具，设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。 本课设在EDA开发平台上利用VHDL语言设计数控分频器电路，利用数控分频的原理设计乐曲硬件演奏电路，并定制LPM-ROM存储音乐数据，以“两只老虎”乐曲为例，将音乐数据存储到LPM-ROM，就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所存储的音乐数据，将其换成其他乐曲的音乐数据，再重新定制LPM-ROM，连接到程序中就可以实现其它乐曲的演奏。 关键词：FPGA；EDA；VHDL；音乐

目录 设计要求 (1) 1、方案论证与对比 (1) 1.1方案一 (1) 1.2方案二 (1) 1.3综合对比 (1) 2 乐曲演奏电路原理 (2) 2.1 音乐演奏电路原理 (2) 2.2 音符频率的获得 (2) 2.3 乐曲节奏的控制 (3) 2.4 乐谱发生器 (3) 2.5 乐曲演奏电路原理框图 (3) 3音乐硬件演奏电路的设计实现 (4) 3.1 地址发生器模块 (4) 3.1.1 地址发生器的VHDL设计 (4) 3.2 分频预置数模块 (6) 3.2.1 分频预置数模块的VHDL设计 (6) 3.3 数控分频模块 (8) 3.3.1 数控分频模块的VHDL设计 (8) 3.4 music模块 (10) 3.4.1 音符数据文件 (10) 3.5.2 LPM-ROM定制 (12) 3.6 顶层文件 (14) 4 时序仿真及下载调试过程 (16) 4.1 时序仿真图 (16) 4.2 引脚锁定以及下载 (17) 4.3调试过程及结果 (17) 5扩大乐曲硬件演奏电路的通用性 (18) 5.1 完善分频预置数模块的功能 (18) 设计总结与心得体会 (21) 参考文献 (22)

分频器设计实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除分频器设计实验报告 篇一：n分频器分析与设计 一、实验目的 掌握74190/74191计数器的功能，设计可编程计数器和n分频器，设计(n-1/2)计数器、分频器。 二、实验原理 分频是对输入信号频率分频。1、cD4017逻辑功能 2、74190/74191逻辑功能 3、集成计数器级联 当所需计数器模数超过所选计数器最大计数状态时，需要采取多片计数器级联。方法分为异步级联和同步级联。4、集成计数器的编程 在集成计数器的时序基础上，外加逻辑门电路等，反馈集成计数器的附加功能端，达到改变计数器时序的目的。可采用复位编程和置数编程两种。5、多片74190/74191计数器级联 可根据具体计数需求和增减需求，选用74190或74191，

选择不同功能、同步或异步设计等。 6、74190/74191计数器编程 由于没有复位端，因此只能使用置数编程，置数端置为0即可异步置数。可根据需求设计n进制加法或减法计数器。 n与译码逻辑功能如下。 7、74191组成(n-1/2)分频器电路如下图： u3 计数器的两个循环中，一个循环在cp的上升沿翻转；另一个是在cp的下降沿翻转，使计数器的进制减少1/2，达到(n-1/2)分频。 三、实验仪器 1、直流稳压电源1台 2、信号发生器1台 3、数字万用表1台 4、实验箱1台 5、示波器1台 四、仿真过程 1、按照cD4017和74191功能表验证其功能。 2、74191组成可编程计数器 (1)构成8421bcD十进制加法计数器，通过实验验证正确性，列出时序表。设计图如下 仿真波形如下 (2)构成8421bcD十进制减法计数器，通过实验验证正确性，列出时序表。设计图如下： 仿真波形如下

基于VHDL数控分频器设计

目录 一、设计任务与要求 (3) 二、总体框图 (3) 三、选择器件 (4) 四、功能 (5) 1、数控分频器 (5) 2、BCD译码器 (6) 3、扫描器 (11) 4、3-8译码器 (13) 5、7段数码管显示译码器 (16) 五、总体设计电路图 (19) 1总体（顶层）电路原理图 (19) 2仿真结果 (19) 3管脚分配图 (20) 4.硬件连接情况 (20) 六．心得体会 (20)

数控分频器设计 一、设计任务与要求 数控分频器的功能就是当输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，以实现所需的输出频率。 基本功能： 1、实现8位分频器，依据输入的8位2进制数的不同，有不同的分频比。如输入10010000，即对输入的时钟信号进行144分频，如输入01001000，即对输入的时钟信号进行72 分频。 2、输出的波形应为占空比位50%的方波。 3、有显示功能，显示当前的分频比，即，输入的二进制数的大小。 总体框图 设计思路：数控分频器用计数值可并行预置的加法器设计完成，当在输入端给定不同输入数据时将对输入的时钟信号有不同的分频比。把输入端输入的八位二进

制数直接通过BCD译码器转换为十位BCD码表示的十进制数，通过扫描器对3个数码管进行选通扫描，最后7段数码管显示译码器对选中数码管的赋值进行译码，并驱动数码管显示该数据。 模块的功能： 1、数控分频器：实现8位分频器，依据输入的8位2进制数的不同，有不同的分频比。如输入10010000，即对输入的时钟信号进行144分频。 2、BCD译码器：把输入端的8位2进制数转换成10位BCD码表示的十进制数。 3、扫描器：when “000”=>daout<=dout(3 downto 0); when “001”=>daout<=dout(7 downto 4); when “010”=>daout<=dout(3 downto 2)<="00"; daout(1 downto 0)<=dout(9 downto 8); when others=>null; 4、3-8译码器：当sel=0时，q=11111110;选择个位数码管亮。 当sel=1时，q=11111101;选择十位数码管亮。 当sel=2时，q=11111011;选择百位数码管亮。 5、7段数码管显示译码器：把BCD码表示的十进制数转换成驱动数码管显示的段信号，使数码管显示数字。 三、选择器件 1、装有QuartusII软件的计算机一台。 2、芯片：使用altera公司生产的Cyclone系列芯片，如EP1C12Q240C8芯片 。 此次设计实验采用ALTERA公司的cyclone系列的FPGA芯片EP1C12,设计和仿真采用ALTERA公司的QUARTUS II软件，EP1C12各项参数参照上表。 Cyclone的性能特性 （1）、新的可编程体系结构，实现低成本设计。

EDA实验报告

实验一计数器设计 一、实验目的 计数器是实际中最为常用的时序电路模块之一，本实验的主要目的是掌握使用HDL描述计数器类型模块的基本方法。 二、实验仪器与器材 1．EDA开发软件一套 2．微机一台 3．实验开发系统一台 4．其他器材与材料若干 三、实验说明 计数器是数字电路系统中最重要的功能模块之一，设计时可以采用原理图或HDL语言完成。下载验证时的计数时钟可选连续或单脉冲，并用数码管显示计数值。 四、实验要求 1．设计一个带有计数允许输入端、复位输入端和进位输入端的十进制计数器。 2．编制仿真测试文件，并进行功能仿真。 3．下载并验证计数器功能。 4．为上述设计建立元件符号。 5．在上述基础上设计计数器。 五、实验结果

十进制计数器程序： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity counter10 is port(en,reset,clk:in std_logic; q:buffer std_logic_vector(3 downto 0); co:out std_logic); end counter10; architecture behav of counter10 is begin process(clk,en) begin if clk'event and clk='1' then if reset='1' then q<="0000"; elsif en='1' then if q<"1001" then q<=q+'1'; else q<="0000"; end if; end if; end if; end process;

分频器设计_可控型

现代科技的发展对信号源提出了越来越高的要求，要求信号源的频带宽、频率分辨率高、频率稳定度高、相位噪声和杂散很低、能程控等.频率合成技术是产生大量高精度频率信号的主要技术，频率合成器是一种相位锁定装置，是通讯、雷达、仪器仪表、高速计算机和导航设备中的一个重要组成部分。频率合成器是可由一个工作范围在G地范围的锁相环构成.在高频范围内工作的锁相环是整个系统中功耗最大的部分之一，因此对锁相环的低功耗研究对降低整个系统的功率损耗有着重要的意义.分数分频频率合成器则是近年来出现的一种新技术，它与传统的整数分频频率合成器相比具有频率分辨率高、相位噪声低等优点。前置分频器位于高频锁相环的反馈部分.由于工作频率很高，前置分频器也是锁相环中功耗最大的部分之一。低功耗的前置分频器设计可以很大程度上降低整个锁相环的功率损耗. 目录 摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract ........................................................................................................... 错误！未定义书签。目录 .. (1) 引言 (1) 一、分频器设计 (2) 1.1、分频器的系统介绍 (2) 1.2、前置放大器的设计 (3) 二、前置分频器单元结构 (3) 2.1、TSPC结构 (3) 2.2、传统结构 (4) 2.3、转换器 (5) 三、小数分频器中预分频器的设计 (5) 3.1、小数分频器相位杂散的分析 (5) 3.2、可编程预分频器结构 (6) 结论 (6) 参考文献 (8) 引言 所谓频率合成，又称频率综合，简称频综，是由一个(或几个)具有低相位噪

电子琴实验报告乐曲硬件演奏电路设计本科论文

武夷学院实验报告 课程名称：逻辑设计与FPGA 项目名称: 乐曲硬件演奏电路设计 ______________ 姓名： 专业：微电子学 班级：14微电子 学号：04实验日期 、 实验预习部分: 1. 实验目的: 学习利用数控分频器设计硬件乐曲演奏电路。 2. 实验原理: 综合利用数控分频器、LPM ROMPLL 等单元电路设计硬件乐曲演奏电路。系统框图如图 1 所示由三个模块组成，分别为 NOTETABSTONETABASPEAKERA NOTETAB 模块（把教材图9-4中的CNT138T 和MUSIC 模块合在一起即为此模块）类似于弹 琴人的手指；TONETAB 模块类似于琴键；SPEAKER 类似于琴弦或音调发生器。 音符的频率由SPEAKER 模块（与教材图9-4中的SPKEF 模块对应）获得，这是一个数控分 频器。由其CLK 端输入一具有较高频率（12MHZ 的信号，通过SPEAKER 分频后由SPKOU 输出。 SPEAKER 对CLK 输入信号的分频比由11位预置数TONE[10..0]决定。SPKOU 的输出频率将决定 每一音符的音调，这样，分频计数器的预置值 TONE[10..0]与SPKOU 的输出频率就有了对应关 系。例如在TONETAB 模块（与教材图9-4中的F_COD 模块对应）中若取 TONE[10..0] = 1036, 图1硬件乐曲演奏电路结构框图 i.；E-Z

将发出音符“ 3”音的信号频率。

实验预习成绩（百分制）____________________ 实验指导教师签字：_________________________

数控分频器实验报告

《数控分频实验》 姓名：谭国榕班级：12电子卓越班学号：201241301132 一、实验目的 1.熟练编程VHDL语言程序。 2.设计一个数控分频器。 二、实验原理 本次实验我是采用书上的5分频电路进行修改，通过观察其5分频的规律进而修改成任意奇数分频，再在任意奇数分频的基础上修改为任意偶数分频，本次实验我分为了三个部分，前两部分就是前面所说的任意奇数分频和任意偶数分频，在这个基础上，再用奇数输入的最低位为1，偶数最低位为0的原理实现合并。 三、实验步骤 1.任意奇数分频 程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; ENTITY DIV1 IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; D:IN INTEGER RANGE 0 TO 255; K1,K2,K_OR:OUT STD_LOGIC ); END; ARCHITECTURE BHV OF DIV1 IS SIGNAL TEMP3,TEMP4:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); SIGNAL M1,M2:STD_LOGIC; --SIGNAL OUT1,OUT2,OUT3:STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK,TEMP3) BEGIN IF RISING_EDGE(CLK) THEN IF(TEMP3=D-1) THEN TEMP3<="00000000"; ELSE TEMP3<=TEMP3+1; END IF; IF(TEMP3=D-(D+3)/2) THEN M1<=NOT M1; ELSIF (TEMP3=D-2) THEN M1<=NOT M1; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(CLK,TEMP4) BEGIN IF FALLING_EDGE(CLK) THEN IF(TEMP4=D-1) THEN TEMP4<="00000000"; ELSE TEMP4<=TEMP4+1; END IF; IF(TEMP4=D-(D+3)/2) THEN M2<=NOT M2; ELSIF (TEMP4=D-2) THEN M2<=NOT M2;

实验五 数控分频器

实验五数控分频器 一、实验目的 1、学会数控分频器的设计、分析和测试方法； 2、根据仿真结果分析设计的优缺点。 二、实验原理 数控分频器的功能就是当输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比。 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DIV IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; K_OR:OUT STD_LOGIC); END ENTITY DIV; ARCHITECTURE BHV OF DIV IS SIGNAL C1,C2:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); SIGNAL M1,M2:STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK,C1) BEGIN IF RISING_EDGE(CLK) THEN IF (C1="100") THEN C1<="000";ELSE C1<=C1+1;END IF; IF (C1="001") THEN M1<=NOT M1;ELSIF C1="011" THEN M1<=NOT M1; END IF; END IF; END PROCESS ; PROCESS(CLK,C2) BEGIN IF FALLING_EDGE(CLK) THEN IF (C2="100") THEN C2<="000";ELSE C2<=C2+1;END IF; IF (C2="001") THEN M2<=NOT M2;ELSIF C2="011" THEN M2<=NOT M2;

基于VHDL的分频器设计[开题报告]

开题报告 电子信息工程 基于VHDL的分频器设计

三、课题研究的方法及措施 由于本课题所设计的分频器基于EDA技术，应用VHDL硬件语言设计完成的，因此选择合适的硬件解决原理对分频器性能至关重要的，为了满足不同系统功能需求的分频，本课题将阐述不同原理，不同分频器，同种分频不同原理的设计方案。 占空比可控的整数分设计方案，原理为计数器为带预置数的计数器，其设计的特殊之处在于：可以根据需要，调整数据的位宽，而且计数的初始值是从l开始的，此处计数初始值的设定是设计的一个创新，这样做的目的是为了配合后面比较器的工作，计数器的输出数据作为比较器的输入，比较器的另一输入作为控制端，控制高低电平的比例，从而达到占空比可调的目的。原理图如图1所示。 图1 占空比可控的原理图部分 小数分频的基本原理是采用脉冲吞吐计数器和锁相环技术先设计两个不同分频比的整数分频器，然后通过控制单位时间内两种分频比出现的不同次数来获得所需要的小数分频值。如设计一个分频系数为lO.1的分频器时。可以将分频器设计成9次10分频，1次11分频这样总的分频值为如式1所示。 F=(9×10+lxl 1)／(9+1)=10.1 （式1） 从这种实现方法的特点可以看出，由于分频器的分频值不断改变．因此分频后得到的信号抖动较大。当分频系数为N-0.5(N为整数)时，可控制扣除脉冲的时间，以使输出成为一个稳定的脉冲频率。而不是一次N分频．一次N-1分频。图2给出了通用小数分频器的电路组成。 图2通用小数分频器的电路组成 改进的小数分频设计方案，将两个整数分频器由一个整数分频器和一个半整数分频器代替，结果在如上分析的两个性能方面都有所提高。利用参数化的设计思想和VHDL描述语言与原理图输入方法相结合的方式，设计并实现了一种抖

EDA实验报告

EDA 实验报告 实验一：组合电路的设计 实验内容是对2选1多路选择器VHDL 设计，它的程序如下： ENTITY mux21a IS PORT ( a, b : IN BIT; s : IN BIT; y : OUT BIT ); END ENTITY mux21a; ARCHITECTURE one OF mux21a IS SIGNAL d,e : BIT; BEGIN d <= a AND (NOT S) ; e <= b AND s ; y <= d OR e ; END ARCHITECTURE one ; Mux21a 仿真波形图 以上便是2选1多路选择器的VHDL 完整描述，即可以看成一个元件mux21a 。mux21a 实体是描述对应的逻辑图或者器件图，图中a 和b 分别是两个数据输入端的端口名，s 为通道选择控制信号输入端的端口名，y 为输出端的端口名。Mux21a 结构体可以看成是元件的内部电路图。最后是对仿真得出的mux21a 仿真波形图。 Mux21a 实体 Mux21a 结构体

实验二：时序电路的设计 实验内容D 触发器的VHDL 语言描述，它的程序如下： LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DFF1 IS PORT (CLK : IN STD_LOGIC ; D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END ; ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS BEGIN PROCESS (CLK) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN Q <= D ; END IF; END PROCESS ; END bhv; D 触发器的仿真波形图 最简单并最具代表性的时序电路是D 触发器，它是现代可编程ASIC 设计中最基本的时序元件和底层元件。D 触发器的描述包含了VHDL 对时序电路的最基本和典型的表达方式，同时也包含了VHDL 中许多最具特色的语言现象。D 触发器元件如上图所示，其在max+plus2的仿真得出上面的波形 D 触发器

EDA数控分频器的设计报告

数控分频器的设计 1、实验目的： 学习数控分频器的设计、分析和测试方法。 2、实验原理： 数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例下文所示。 1) VHDL及语句分析 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY DVF IS --定义实体DVF PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; --时钟输入 D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --7位预置数 FOUT : OUT STD_LOGIC ); --输出的频率 END DVF; ARCHITECTURE one OF DVF IS --定义结构体one SIGNAL FULL : STD_LOGIC; --定义信号full BEGIN P_REG: PROCESS(CLK) --进程P_REG中CNT8从预置数D开始 逐步累加到255后，FULL置1；再将 CNT8置为D，循环以获得一个新的周期 脉冲序列FULL，即产生新的频率V ARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN IF CNT8 = "11111111" THEN CNT8 := D; FULL<='1'; ELSE CNT8 := CNT8 + 1; FULL <= '0'; END IF; END IF; END PROCESS P_REG ; P_DIV: PROCESS(FULL) --进程P_DIV中，FOUT是占空比为50%的周期

分频器的设计2014-1-10 10.29.8

武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计报告书
学
号:
0121105830129
课 程 设 计
题 学 专 班 姓
目 院 业 级 名
分频信号发生器的分析与设计 自动化学院 电气工程及自动化 电气 1107 班 成涛 陈静 教授
指导教师
2014 年
01 月
09 日

武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计报告书
课程设计任务书
学生姓名: 指导教师: 题 目: 成涛 专业班级: 电气 1107 班 陈静 教授 工作单位: 自动化学院 分频信号发生器的分析与设计
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰 写等具体要求） 1. 设:有一输入方波信号 f0（<1MHz） 。要求输出信号:f1=f0/N，N 通过键盘 输入。 2. 画出简要的硬件原理图，编写程序。 3. 撰写课程设计说明书。 内容包括:摘要、 目录、 正文、 参考文献、 附录 （程 序清单） 。正文部分包括:设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软 件思想，流程，源程序设计及说明等） 、程序调试说明和结果分析、课程设计收 获及心得体会。
时间安排: 12 月 26 日----- 12 月 28 日 查阅资料及方案设计 12 月 29 日----- 01 月 0 2 日 编程 01 月 03 日-----0 1 月 07 日 调试程序 01 月 08 日----- 01 月 09 日 撰写课程设计报告
指导教师签名: 系主任（或责任教师）签名:
年 年
月 月
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EDA简易电子琴设计报告

，、题目分析 1、分析要求，确定总体方框图 本设计基本部分是用VHDL语言设计一个简易的八音符电子琴，在Quartus II 平台下下载到Cyclone系列的EP1C12Q240C芯片中，该电路设计能够实现DO RE Ml、FA等八个音调的电子琴，发挥部分是设计一乐曲自动演奏器，用户自己编制乐曲存入电子琴，电子琴可以完成自动演奏。 电子琴音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。 根据系统设计要求，系统设计采用自顶向下的设计方法，系统的整体组装设计原理图如图1所示，它由乐曲自动演奏模块AUTO音调发生模块TONE和数控分频模块FENPIN三部分组成。 图1系统的整体组装设计原理图 2、最终完成的技能指标 (1)设计一个简易的八音符电子琴，它可通过按键输入来控制音响。 (2)演奏时可以选择是手动演奏(由键盘输入)还是自动演奏已存入的乐曲 】、选择方案 通过可编程逻辑器件(PLD和VHDL硬件描述引言来实现电子琴的基本部分和发挥部分的设计。对于基本部分，设计的主体是数控分频器，对输入的频率进行分频，得

到各个音阶对应的频率最为输出。当按下不同的键时发出不同的声音。对于发挥部分，则在原设计的基础上，增加一个乐曲存储模块，代替了键盘输入，产生节拍控制（index数据存留时间）和音阶选择信号，即在此模块中可存放一一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。 方案一：由单片机来完成设计。可用单片机控制键盘的输入，以及产生相应的频率信号作为输出。目前，单片机的功能已比较强大，集成度日益增高且其设计和控制比较容易。但是由于在传统的单片机设计系统中必须使用许多分立元件组成单片机的外围电路，如锁存器，译码器等都需要单独的电路，因此整个系统显得十分复杂，抗干扰性差，在运行过程中容易死机或进入死循环，可靠性降低，而功耗费用增高。 方案二：利用PLC来完成设计。目前利用PLC的技术已经比较成熟。PLC有其优点，其性能优异，体积小，可靠性和精度都比较好，在电子琴的设计中可 采用PLC来完成硬件的控制，但是用PLC实现编程相对比较复杂，对于电子琴这种小型设计来说成本过高。 方案三：利用可编程逻辑器件PLD来完成该设计。利用PLD可以很好的解决上述的问题。它的成品体积小，适合电子琴这种小型设计。其性能稳定，控制精度高（Xili nx公司的高密度，高速可预测延时，高性能系列芯片），易于管理和屏蔽，抗干扰能力强，可靠性高。 综上，在本设计中选择第三种方案最优。 三、各模块原理及其程序 1、乐曲自动演奏模块 乐曲自动演奏模块（AUTO.VHD的作用是产生8位发声控制输入信号/当进行自动演奏时，由存储在此模块中的8位二进制数作为发声控制输入，从而自动演奏乐曲。 为了实现扩展部分的设计，便需要多加上一个音乐存储模块，该模块的作用是产生8位发声控制输入index，auto为0或1时可以选择自动演奏或者键盘输入，如果auto为0,则而由存储在此模块中的8位二进制数来作为发声控制输入，由此便可自动演奏乐曲。此模块的VHDL语言中包括两个进程，首先是对基准脉冲进行分频得到4Hz 的脉冲，作为第二个进程的时钟信号，它的目的是控制每个音阶之间的停顿时间，此处便是1/4=0.25s，第二个进程是音乐的存储，可根据需要编写不同的乐曲。 这段模块的原理图如图2所示： CLK AUTO INDEX0[7.0] 图2乐曲自动演奏模块原理图 乐曲自动演奏模块可以由VHDL语言来实现，下面是一段主要代码:

vhdl实验报告--蜂鸣器

VHDL 实验报告 一、实验目的 1、掌握蜂鸣器的使用； 2、通过复杂实验，进一步加深对VHDL语言的掌握程度。 二、实验原理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，就可以在蜂鸣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，仅仅让蜂鸣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。 乐曲的12 平均率规定：每2 个八度音（如简谱中的中音1 与高音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。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I至高音1 之间每个音符的频率,如表所示。 音名频率/Hz 音名频率/Hz 音名频率/Hz 低音1 中音1 高音1 低音2 中音2 高音2 低音3 中音3 高音3 低音4 中音4 高音4 低音5 392 中音5 784 高音5 1568 低音6 440 中音6 880 高音6 1760 低音7 中音7 高音7 表简谱音名与频率的对应关系 产生各音符所需的频率可用一分频器实现, 由于各音符对应的频率多为非整数, 而分频系数又不能为小数, 故必须将计算得到的分频数四舍五入取整。若分频器时钟频率过低, 则由于分频系数过小, 四舍五入取整后的误差较大；若时钟频率过高,虽然误差变小,但分频数将变大。实际的设计应综合考虑两方面的因素, 在尽量减小频率误差的前提下取合适的时钟频率。实际上,只要各个音符间的相对频率关系不变,演奏出的乐曲听起来都不会走调。 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。因此, 要控制音符的音 长,就必须知道乐曲的速度和每个音符所对应的节拍数, 本例所演奏的乐曲的最短的音符为四分音符,如果将全音符的持续时间设为1s 的话,那么一拍所应该持续的时间为秒,则只需要提供一个4HZ的时钟频率即可产生四分音符的时长。 本例设计的音乐电子琴选取40MHZ的系统时钟频率。在数控分频器模块，首先对时钟频率进行40分频，得到1MHZ的输入频率，然后再次分频得到各音符的频率。由于数控分频器 输出的波形是脉宽极窄的脉冲波, 为了更好的驱动蜂鸣器发声, 在到达蜂鸣器之前需要均衡占空比, 从而生成各音符对应频率的对称方波输出。这个过程实际上进行了一次二分频, 频率变为原来的二分之一即。 因此，分频系数的计算可以按照下面的方法进行。以中音1为例，对应的频率值为 523. 3Hz,它的分频系数应该为： 0.375MHZ 0.375 106 716 523.3 523.3

实验八 数控分频器的设计

实验八数控分频器的设计 1、实验目的 1 学习数控分频器的设计； 2 熟悉VHDL常用语句的意义和使用； 3 练习引脚分配和时序分析。 2、实验内容 1 设计8位数控分频器； 三、实验原理 对于一个N分频器，分频出的时钟周期原时钟周期的N倍，频率是原时钟频率的1/N。 对于一个8位计数器，如果开始预置一个数D，然后启动计数器工作，则经过11111111－D个时钟周期计数器的值又变为11111111，当计数器为该数值时，下一个时钟沿到来之时，又将计数器预置为D，然后开始正常计数。如此通过计数、预置的周期性操作，可以得到一个周期信号（即分频信号），其周期为11111111－D+1，即分频比为R= 11111111－D+1。所以改变D，则可以控制分频比。 数控分频器的VHDL代码见教材P146-147。仿真波形如图8－1所示。 图8－1 数控分频器仿真波形

图8－2 数控分频器芯片引脚分配 三、实验步骤 （一）8位数控分频器的设计 1 建立一个设计工程，工程名为PULSE； 2 打开文本编辑器，建立一个VHDL设计文件，其VHDL代码见教材 P166例6-22，文件名存为PULSE.VHD。注意文件的扩展名要选 为.vhd，而且要求工程名、文件名和设计实体名必须相同。 3 选器件：将器件型号选为； 4 编译； 5 建立波形文件，然后保存，其文件名必须与工程名一致；【波形

设置：①设置仿真时间为500us:②设置输入信号的波形：时钟周期设置为50ns，其他输入信号的波形设置参看图8－1。】 6 仿真，观察输出波形是否正确【参看图8－1中的输出波形】。 7 引脚分配；【将引脚分配到如图8－2所示的位置，然后再编译。 编译通过才算成功】 8 时序分析：分析芯片所能达到的最高时钟频率。【打开时序分析器，然后执行菜单命令：analysis/register performance /start】 五、思考题 1 按本实验所示的方法进行分频，输出的分频信号FULL和FOUT是奇数分频还是偶数分频？分别说明之。 2 将本实验的8位数控分频器扩展为16位分频器； 3 在本实验的设计基础上，如果设置2个预置数D和D1，则可以控制输出信号FULL的占空比，使时钟信号变得比较均匀。试在原来的VHDL 代码基础上进行改进，使用D和D1来控制FULL信号的占空比。 4 设计一个5分频器，使其分频时钟的占空比位3/5，写出VHDL设计代码。 【提示：对于一个5分频器的设计，可以先设计一个4位5进制计数器，则计数器的值在0，1，2，3，4上周期性循环。设计方法是：当计数器为4时，如果下一个时钟沿到来则将计数器置0，然后开始正常计数。另外定义一个分频信号CLK_DIV5，当计数器值为0，1，2时，使CLK_DIV5=1，当计数器值为3，4时，使CLK_DIV5=0，则CLK_DIV5为5分频信号，其占空比为3/5。】

3分频器的设计

三分频器的设计 时钟输入端（clkin）首先反向和不反向分别接到两个D触发器的时钟输入端，两个D触发器的输出接到一个二输入或非门的输入端，或非门的输出反馈到前面两个D触发器的D输入端，并且或非门的输出后面接一二分频器，得到占空比为50%的三分频波形。 图1：图形设计 VHDL程序： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity fen3 is port (clkin : in std_logic; --时钟输入 qout1 : buffer std_logic; qout2 : buffer std_logic; qout3 : buffer std_logic; clkout : out std_logic --占空比为1/2的三分频输出 ); end fen3; architecture behave of fen3 is begin qout3<=qout1 nor qout2; process(clkin) begin if clkin'event and clkin='1' then --在上升沿触发 qout1<=qout3; end if;

end process; process(clkin) begin if clkin'event and clkin='0' then --在下降沿触发 qout2<=qout3; end if; end process; process(qout3) variable tem:std_logic; begin if qout3'event and qout3='1' then --二分频tem:=not tem; end if; clkout<=tem; end process; end behave; 图3：仿真结果

数控分频器的设计

实验四数控分频器的设计 一、实验目的： 1.学习数控分频器的设计、分析和测试方法，锻炼分析Verilog(VHDL)语言的能力。 二、原理说明： 数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，对原时钟进行占空比为50%的分频。在实验板选择50M 时钟，对其进行2~15分频，分频系数以拨码键盘控制，并用数码管进行显示(十六进制形式)。 三、实验内容： 1、根据由顶向下的设计原则，进行顶层建模。 分频系数分为奇数分频和偶数分频，因些包括Evn_Div(偶数分频)和Odd_Div(奇数分频)模块，数码管显示为SEG7_LUT，采用类似查找表的方式完成。 2、偶数分频 偶数分频模块比较简单，假设分频系数为N，只需要在计数器计到N/2时，将输出时钟反转即可。

仿真图如下： 3、奇数分频 奇数分频相对偶数分频比较麻烦，主要是对原时钟的上升沿和下降沿进行计数，通过两个计数器得到上升沿时钟和下降沿时钟，对这两个时钟进行与操作可得到奇数分频。

仿真图如下： 4、数码管显示 数码管显示模块应用case语句即可完成。

5、分频选择 分频系数有两种，一是偶数，另一个是奇数，因此可通过分频系数的最低位来进行选择，iDIV[0]既作为奇、偶分频模块的使能输入，又可作为输出时钟选择线。 6、顶层模块 将上述几个模块例化即可(注意iDiv[0]的连接方式)。 引脚： input CLOCK_50;//原时钟 input RST;//复位信号 input [3:0] iDIV;//分频系数 output oCLK;//输出时钟 output [6:0] oSEG;//数码管输出

分频器的设计

首先讲一下单元: 一般情况下,我们对单元按频率会划分为超高音,高音,中高音,中音,重低音,低音,超低音 超高音:負責22kHz以上的頻率 高音:負責5000Hz~22kHz頻率、 中音:負責1500~5000Hz頻率 低音:負責1500Hz以下頻率 超低音(增加)負責200Hz以下頻率 也有网友提出其她的划分标准 以A音(C调的“哆来咪法嗦啦西”的“啦”音,频率为440赫兹)为基准音,以倍频的形式向下三个八度向上五个八度,把全音域分为八个八度,一个个八度就就是音响上常说的一个倍频程(1oct)。具体的划分就是这样的: 55－110赫兹,110－220赫兹,220－440赫兹,440－880赫兹,880－1760赫兹,1760－3520赫兹,3520－7040赫兹,7040－14080赫兹,共八段(八个八度)。这样就很清晰的瞧出频段的划分了。110赫兹以下－超低频; 110－220赫兹－低频; 220－440赫兹－中低频; 440－880赫兹－低中频; 880－1760赫兹－中频; 1760－3520赫兹－中高频; 3520－7040赫兹－高频; 7040赫兹以上－超高频。 还有两种频段划分方法 以“E”音划分 -20 次低频 20-40 极低频 40-80 低频下段 80-160 低频上段 160-320 中频下段 320-640 中频中段

640-1280 中频上段 1280-2560 高频下段 2560-5120 高频中段 5120-10240 高频上段 10240- 极高频 以“C”划分 -63 极低频 63-125 低频下段 125-250 低频上段 250-500 中频下段 500-1K 中频中段 1K-2K 中频上段 2K-4K 高频下段 4K-8K 高频上段 8K- 极高频 分频器的主要元件:电阻,电感,电容 电阻在分频器中的作用:调整灵敏度 电感:其特性就是阻挡较高频率,只让较低的频率通过电容:其特性与电感刚好相反,也就就是阻挡频率通过

EDA分频器的设计

EDA实验报告 学院：班级： 学号：指导老师： 姓名： 一、实验目的：学习数控分频器的设计，分析和测试方法。 二、实验原理：不同的分频比，数控分频器就是用计数值可并行预置的加法 计数器设计完成的，方法是将数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有计时器溢出位与预置数加载输入信号相接即可。 三、实验内容 1、将4096HZ的时钟信号分频为1HZ的时钟信号。 实验原理图： 实验源程序： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity dvf is port(clk_in:in std_logic; fout:out std_logic); end; architecture one of dvf is signal cnt: integer range 0 to 2048; signal clk_out:std_logic; begin process(clk_in) begin if clk_in'event and clk_in = '1' then if cnt=2048 then cnt <=0; clk_out <=not clk_out; else cnt<=cnt+1; end if;

end if; end process; fout<=clk_out; end one; 功能仿真波形图： 实验引脚图： 实验箱上工作情况：当CLOCK5接4096HZ的时钟信号时，扬声器每秒钟响一次。 2、如实验内容1将4096HZ的时钟信号分频为2HZ、8HZ、16HZ的时钟信号。 3、编写四选一MUX，可用按键控制选择分频后的某时钟。 实验原理图： 实验源程序： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity dvf is port(clk:in std_logic;