基于fpga的电子琴设计课程设计(编辑修改稿)

基于fpga的电子琴设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

部 rom 的连接，利用 MigaWizard Plugin Manager 生成 ROM 的软核嵌入到此模块中， counter 与 rom 的地址线相连接， rom 的输入端与器件的 tone 管脚相连接，便可在 tone 上获取 rom 的信息。 第二部分为地址控制部分，但接收到脉冲上升沿时，根据外部输入（ auto 和 back），决定 rom 的首地址（ counter 的初值）和 counter 的变化方式（递增或递减或暂停）以及切 基于 FPGA 的电子琴设计 9 换歌曲时的地址切换。 第三部分为 decoder 译码部分，从 rom 中取得数据后需要经过译码成为分频器的初始 值后作为下一级的输入信号。 该模块将利用 FPGA 的片内 ROM 存放乐曲简谱真值表，有一个二进制计数器为乐曲数据存储器 ROM 的地址发生器。 其 VHDL 程序见附录 2 仿真波形： 图 存储调用 自动 播放控制 模块 音符译码电路即音调发生器实际上是一个查表电路，放置 21 个音乐简谱对应的频率表。 手动播 放控制是由一个 2 位预置数的分频模块和一个 D 触发器的组合，起到控制播放速度的作用， 当 d=”11”时，无分频信号输出，起到暂停的作用。 由于正常播放音乐时频率为 4hz，所以此模块的输入时钟为 32hz。 其 VHDL 源程序见 附录 2。 仿真波形： 图 播放控制 数控 分频模块设计 这是一个可预置数的分频器，其预置数决定了其发音的音调。 其分频进过三个步骤，第一步根据预置数进行分频，产生 PreClk 信号，第二步，根据 PreCLK 信号，进行 16 分频，产生 FULLSPKS 信 号。 第三步，对 FULLSPKS 信号 2 分频拓展脉 宽，形成最终的音频信号（ 262Hz~1976Hz 共 21 个音符）。 其顶层设计的 VHDL 程序见附录 2。 仿真波形： 沈阳工程学院课程设计 10 图 分频波形 数码管 译码显示 此模块由 VHDL 设计 和芯片 CD4511 组合驱动数码管显示音阶、音名。 为实现动态显示，就必须给予一个足够高的时钟节拍，轮流选通数码管，让不同的数码管在不同的时间片段内分别亮起，在选 通某一个数码管时，要输出相应的码字。 其顶层设计的 VHDL 程序见 附录 2。 仿真波形 ： 图 数码管译 码 图 数码管选通 音频 驱动模块 本模块主要是提高数控分频出的音调频率的功率，然后驱动后面的喇叭发出音乐。 其顶层设计的 VHDL 程序见附录 2 仿真波形： 基于 FPGA 的电子琴设计 11 图 功放仿真 沈阳工程学院课程设计 12 结 论 这 一周的课程设计， 加强了我 独立 编程 和 解决问题的能力， 让我自己对所学的知识更加的巩固了，运用自己 EDA 所学到 的知识和同学们一起探讨 在 quarters 中 VHDL 编程功能 过程，在此期间与同学 讨论 设计 方法和方案 ，和同学们相互探讨，相互学习。 同时培养了自己的思考问题能力，遇到个 别的难点去咨询老师。 经过自己的努力终于把 乐曲硬件演奏电路 参透清楚 ，让我感到通过自己努力所到的知识是如此宝贵。 通过这次的 设计，综合运用本专业所学课程的 VHDL 语言和仿真软件设计出各种模块电路 ，巩固与扩充了 EDA 课程所学的内容，掌握了 电子琴 的组成 模块 ，各模块 的作用，及 编程中错误 处理工作过程。 经过查阅各种资料，对上课所学的知识，有了一个更好的形象的 理解。 通过 课程设计 ，我才真正领略到 quaters 仿真软件功能强大 ， 通过仿真节省了大量硬件 软件资源。 我想说，设计确实有些辛苦，但苦中有乐。 孟 老师 和包老师 循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪 ， 老师认真工作态度带动了同学们的积极性，帮助我能够很顺利完成了这次课程设计。 基于 FPGA 的电子琴设计 13 致谢 课程设计的过程中， 老师多次帮助我 分析思路，开阔视角，在我们困惑不解时，及时的帮我们处理问题，使我们能坚持不懈努力到最后。 在此，谨向 孟祥斌、包妍 老师致以真挚的谢意和崇高的敬意。 EDA 课程设计中，我遇到了一群热心的好同学 ，我们互相帮助，共同进步，相互探讨。 在学习和进步的过 程中，难免会遇到各种突如其来的问题，我会向老师咨询探讨，老师也毫不保留的全数教予给我们，真正做到了老师的“传道，授业，解惑”。 真的很感谢孟祥斌、包妍老师为我们的付出与奉献，才能使我 的设计能顺利进行。 在老师的指导下，我在各方面的能力都有所提高，老师以严谨求实，一丝不苟的教学态 度和勤勉的工作态度，深深的感染到我，给了我巨大的启迪，鼓舞 ，成为我人生路上学习的榜样，使我的知识层次又有所提高。 通过本次课程设计，不仅提高了我独立思考解决问题的能力，而且培养了认真严谨，一丝不苟的学习态度，由于缺乏经验，设计中难免有不足 的地方，希望老师多加指教。 沈阳工程学院课程设计 14 参考文献 [1] 谭会生 . EDA 技术综合应用实例与分析 . 西安电子科技大学出版社 .2020 [2] 潘松 . 王国栋． VHDL 实用教程［ M］．四川：电子科学大学出版社 . 2020 [3] 江国强 . EDA 技术与应用 [M]. 北京：电子工业出版社 . 2020 [4] 杨国庆 . 基于 FPGA 的乐曲演奏器片系统的分析 [J].现代电子技术 .2020. 19 期 [5] 褚振勇 . 翁木云． FPGA 设计及应用 [M]. 西安：西安电子科技大学出 版社 . 2020 [6] 曹昕燕 . 周凤臣 .聂春燕 . EDA 技术与课程设计 . 北京：清华大学出版社 . 2020 [7]王松武 . 于鑫 . 武思军 . 电子创新设计与实践 . 北京：国防工业出版社 .2020 [8] Alera 公司 .Data [9]Synopsys Company. Power Compiler Quick Reference version [10]At renta Company. SpyGlass L P2Designing RTL for Low Power. [11] ALTERA DigitalLibrary 2020 基于 FPGA 的电子琴设计 15 附录 1 总电路图如下： 显示电路如下 ： 存储电路如下 ： 沈阳工程学院课程设计 16 附录 2 键盘输入模块 LIBRARY IEEE。 USE。 USE。 USE。 为增加易读性，用到了 conv_std_logic_vector 函数 ENTITY ToneData IS PORT( key_in: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0)。 code : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0)。 auto : STD_LOGIC。 Tone : OUT STD_LOGIC_VECTOR(10 downto 0))。 END ENTITY。 ARCHITECTURE ONE OF ToneData IS tone 音调 begin process(key_in) begin if auto = 39。 039。 then 模式判断 case key_in is 键盘判断 when00000000|10000000=Tone=conv_std_logic_vector(2047,11)。 code=0000。 when 01000000=Tone=conv_std_logic_vector(1342,11)。 code=0001。 when 00100000=Tone=conv_std_logic_vector(1409,11)。 code=0010。 when 00010000=Tone=conv_std_logic_vector(1478,11)。 code=0011。 when 00001000=Tone=conv_std_logic_vector(1510,11)。 code=0100。 when 00000100=Tone=conv_std_logic_vector(1569,11)。 code=0101。 when 00000010=Tone=conv_std_logic_vector(1621,11)。 code=0110。 when 00000001=Tone=conv_std_logic_vector(1667,11)。 code=0111。 when 11000000=Tone=conv_std_logic_vector(1090,11)。 code=1000。 when 10100000=Tone=conv_std_logic_vector(1195,11)。 code=1001。 when 10010000=Tone=conv_std_logic_vector(1288,11)。 code=1010。 when 10001000=Tone=conv_std_logic_vector(1689,11)。 code=1011。