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_
2、LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT10 ISPORT (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 IS BEGINPROCESS(CLK, RST, EN)VARIABLE CNTI : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
3、BEGINIF RST = 1 THENCNTI := (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
4、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：电子琴的设计,LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CNT_N ISPORT (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
5、,项目1：电子琴的设计,ARCHITECTURE behav OF CNT_N IS BEGINPROCESS(CLK, RST, EN)VARIABLE CNTI : STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0); BEGINIF RST = 1 THENCNTI := (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 TH
6、EN 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 PROCESS; 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 ISPOR
7、T (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： 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 IS BEGINPROCESS(CLK, RST, EN)VARIABLE CNTI : STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0); BEGINIF
8、RST = 1 THENCNTI := (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/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
9、， 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.A
10、LL; 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 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 o
11、ne 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_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
12、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 = 0 THENy = 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
13、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。,
