基于FPGA的电子琴设计.doc

泉 州 师 范 学 院 毕业论文（设计） 题目 基于FPGA的电子琴设计 物理与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 2007 级 学生姓名 吴丽萍 学号 070303051 指导教师 曾永西 职称 讲师 完成日期 2011年3月30日 教务处 制 基于FPGA的电子琴设计 泉州师范学院 电子信息科学与技术专业 070303051 吴丽萍 指导教师 曾永西 讲师 【摘要】介绍了基于FPGA的电子琴的工作原理和设计过程。用Altera公司的EP2C8Q208C8N芯片为核心器件，通过运用硬件编程语言VHDL描述，在Quartus II平台上，实现了电子琴的手动弹奏和自动演奏功能。本系统主要由音频发生模块，键盘控制模块和存储器模块组成。选择手动弹奏模式按键时，按下音符键后就会选通相应的频率输出；选择自动演奏模式按键时，储存器会将编写好的音乐信息依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。音频发生器由分频器来实现，可产生16个频率，这些频率经放大后驱动喇叭，从而发出声音。 【关键词 】FPGA；Quartus II；VHDL；电子琴; 音符 目录 第1章 引言 .3 1.1课题分析 3 1.2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介 3 1.2.1 VHDL简介 3 1.2.2 Quartus II简介 3 第2章 方案选择及原理分析 4 2.1 方案比较 4 2.2 电子琴设计原理 4 2.2.1 分频模块设计方法 5 2.2.2按键模块设计方法 6 2.2.3顶层模块设计方法...................................................................................................6 2.3系统设计的主要组成部分 6 第3章 硬件设计 6 3.1现场可编程门阵列FPGA简介 6 3.2按键模块及其功能 7 3.3显示电路模块及功能 7 第4章 软件设计 7 4.1系统的流程 7 4.2设计模块 7 4.2.1自动演奏模块 9 4.2.2音阶发生器模块 9 4.2.3数控分频模块 10 第5章 软硬件的系统测试 10 结论 10 参考文献 11 致谢 11 附录I歌谱 ..................................................................................................................................12 附录Ⅱ电路图 ...14 附录III程序 ..14 第一章 引言 电子琴作为音乐与科技的产物，在电子化和信息化的时代，为音乐的大众化做出了很大的贡献，歌曲的制作大多数都要由电子琴来完成，然后通过媒介流传开来，电视剧和电影的插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。 1.1课题分析 随着电子技术的高速发展，由于FPGA/CPLD具有高速、高可靠性、串并行工作方式等突出优点，所以在电子设计中受到广泛的应用，并且它代表着未来EDA设计的方向。FPGA/CPLD的设计采用了高级语言，例如VHDL语言，AHDL语言。从而进一步打破了软硬件之间的界限，加速了产品的开发过程，缩短了设计周期。所以采用FPGA/CPLD取代传统的标准集成电路、接口电路已经成为电子技术发展的必然趋势。 EDA（电子设计自动化) 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片集成电路（FPGA/CPLD) 实现。 电子琴是数字电路中的一个典型应用。在实际的硬件设计中用到的器件非常多，连线比较复杂，同时会产生比较大的延时，从而造成测量误差较大，可靠性不好。以EDA工具作为开发手段，运用VHDL硬件描述语言将使整个系统大大简化，提高了电子琴整体的性能和可靠性。 1.2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介 1.2.1 VHDL语言简介 VHDL是超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言。它出现于80年代后期，最初是由美国国防部开发出来的，是为了供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。VHDL主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中，同时也被一些实力较为