EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。對(duì)于傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)是一種突破和變革，一種“自上而下”的設(shè)計(jì)理念讓電路的設(shè)計(jì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單而且高效。本文采用Altera Cyclone ||系列FPGA 實(shí)現(xiàn)可選擇音頻發(fā)生器，以實(shí)現(xiàn)聲樂(lè)中的幾種不同頻率的聲音。

聲音的產(chǎn)生是由于發(fā)聲物體以一定的頻率振動(dòng)，帶動(dòng)周圍的空氣振動(dòng)，使動(dòng)耳朵內(nèi)的聽小骨一起振動(dòng)，這些振動(dòng)被轉(zhuǎn)換為微弱的電子腦波，它就使我們覺察到了聲音。不同的發(fā)聲物體（聲源）音色不同。聲源振動(dòng)的快慢不一樣即產(chǎn)生的頻率不一樣，故有高音、低音、中高音、中低音等區(qū)分。由于聲源振動(dòng)的幅度大小不一樣，所以我們聽到的聲音有大小的區(qū)分。本文主要通過(guò)對(duì)輸入的時(shí)鐘頻率按不同的分頻比進(jìn)行分頻，以達(dá)到產(chǎn)生不同頻率的聲音。

1 音頻發(fā)生器基本原理及頂層設(shè)計(jì)

音頻發(fā)生是基于聲音的發(fā)生原理，利用外部晶振輸入固定的頻率（12MHz），由內(nèi)部進(jìn)行不同的分頻得到，由于從數(shù)控分頻器出來(lái)的信號(hào)是脈沖極窄的脈沖信號(hào)，為了能有效的驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，需要外加一個(gè)D觸發(fā)器以便于均衡占空比，這樣出來(lái)的信號(hào)的頻率就只有原信號(hào)的一半（6MHz）。

本音頻發(fā)生器主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，通過(guò)按鍵選擇。功能一可以通過(guò)按鍵讓喇叭發(fā)出不同頻率的聲音，功能二可以預(yù)播放預(yù)設(shè)置的音頻。

2 底層模塊設(shè)計(jì)

圖1 音頻發(fā)生器頂層各模塊連接圖

2.1 按鍵模塊

由于本模塊可以實(shí)現(xiàn)13個(gè)不同的音調(diào)（7個(gè)低音，6個(gè)高音），所以在按鍵模塊有13個(gè)撥碼開關(guān)輸入，采用編碼的方式把13中不同的編碼轉(zhuǎn)換為4為的數(shù)據(jù)輸出。為了同步于自動(dòng)播放的模塊，本模塊與自動(dòng)模塊采用同一時(shí)鐘信號(hào)（8Hz），以上升沿觸發(fā)的形式觸發(fā)得到按鍵的輸入。

2.2 信號(hào)選擇模塊

由于本模塊可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播放于手動(dòng)輸入音調(diào)的功能，為此為了能實(shí)現(xiàn)單一的信號(hào)輸入，必須在音頻信號(hào)處理之前對(duì)輸入的信號(hào)給予選擇。此模塊有三個(gè)信號(hào)輸入，一個(gè)信號(hào)選擇短，兩個(gè)輸入信號(hào)。還有一個(gè)信號(hào)輸出端，對(duì)于選中的信號(hào)直接輸出。

2.3 自動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生模塊

由于本模塊可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播放內(nèi)置歌曲的功能，所以必須要有一個(gè)模塊來(lái)產(chǎn)生播放信號(hào)，此模塊由8Hz 時(shí)鐘輸入，以計(jì)時(shí)器的方式產(chǎn)生4位的信號(hào)輸出。
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2.4 譯碼模塊

此模塊的輸入由選擇器的輸出的得，由于選擇的輸出是4位數(shù)據(jù)，所以需要由此模塊進(jìn)行譯碼以判斷輸出的高音/ 低音，也便把輸入的數(shù)據(jù)輸出顯示，并且的到分頻比以便于用于下一模塊的分頻。
2.5 分頻模塊

此模塊有輸入12MHz時(shí)鐘頻率，由輸入的4位總線型數(shù)據(jù)控制對(duì)12MHz的信號(hào)進(jìn)行不同比例的分頻，然后經(jīng)D觸發(fā)器進(jìn)行脈沖展寬，使揚(yáng)聲器有足夠的功率發(fā)音。
如：將PreCLK為CLK的16分頻
? ?　DivideCLK : PROCESS(clk)
? ?? ? VARIABLE Count4 : STD_
LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0) ;
? ?? ? BEGIN
? ?? ?? ? PreCLK 11 THEN PreCLK

經(jīng)過(guò)仿真，證實(shí)系統(tǒng)方案可行。