周祥 音乐演奏系统

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1、车辆与动力工程学院课程设计说明书音乐演奏系统摘要音乐演奏系统目前得到广泛应用，实现方法也有许多种，但随着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，使运用EDA技术设计该系统的方案的应用越来越多。因为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。本次课程设计在EDA开发工具QuartusII9.1平台上利用VHDL语言设计4X4矩阵式键盘电路Key_encoder，自动音乐播放控制电路NoteTabs，数控分频器电路Tone_Tab1，二选一数据选

2、择电路Mux21c，音节频率产生电路Speakera，利用数控分频的原理设计实现手动按键输入和自动播放功能的音乐演奏系统电路，并通过定制LPM-ROM存储音乐数据，以“两只蝴蝶”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。要想实现其他乐曲的演奏效果，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。基于FPGA芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思维，实现多种复杂数字逻辑系统的功能，因此基于上述同一原理，可设置不同按键对应不同的音符，实现手

3、动按键输入，达到电子琴的功能，提高了设计的灵活性和可扩展性。经过对整体进行模块化分析、编程、综合、仿真及最终下载，完整实现简易音乐器的播放功能。关键字：EDA，VHDL，数控分频，FPGA，音乐演奏系统。23车辆与动力工程学院课程设计说明书目录第一章绪论1§1.1设计目的和任务要求1§1.1.1设计目的1§1.1.2设计任务要求1§1.2EDA技术1§1.3VHDL语言2§1.4FPGA简介2第二章总体设计4§2.1音乐演奏系统组成4§2.1.1音乐演奏系统电路基本原理4§2.1.2音符频率的得到5§2.1.3自动播放乐曲节奏控制5§2.1.4乐谱发生器6§2.1.54×4矩

4、阵式键盘6§2.1.6音乐演奏电路总体设计6§2.2总体程序设计7§2.2.1顶层模块VHDL程序7§2.2.2单元模块设计9§2.2.34X4矩阵式键盘Key_encoderVHDL程序设计9§2.2.4自动乐曲播放模块NoteTabsVHDL程序设计10§2.2.5定制音符数据的ROM文件11§2.2.6音乐谱对应分频预置数查表电路Tone_tab1VHDL程序设计12§2.2.7Speakera音乐符数控分频模块VHDL程序设计14§2.2.84位数据宽度的二选一多路选择器Mux21cVHDL程序设计15§2.3VHDL音乐演奏系统仿真与调试16§2.3.1自动乐曲播放

5、模块NoteTabs的仿真16§2.3.2音乐谱对应分频预置数查表电路Tone_tab1模块的仿真17§2.3.2Speakera音乐符数控分频模块的仿真17§2.3.34X4矩阵式键盘Key_encoder模块仿真18§2.3.44位数据宽度的二选一多路选择器Mux21c模块仿真19第三章设计结论21第四章心得体会22参考文献2323车辆与动力工程学院课程设计说明书第一章绪论§1.1设计目的和任务要求§1.1.1设计目的进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握EDA设计的一般方法；熟悉一种EDA软件，掌握一般EDA系统的调试方法；利用EDA软件设计一个电

6、子技术综合问题，培养VHDL编程、书写技术报告的能力。为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。§1.1.2设计任务要求本次设计要求利用4×4矩阵式键盘作为电子琴按键输入，用FPGA设计一个既可以区分不同音高和音阶进行乐曲的演奏，又可以自动播放乐曲的电子琴。要求掌握乐曲的发声原理，掌握4×4键盘以及音频功放模块的原理及编程控制。下载并测试电路功能，分析芯片资源的占用情况。§1.2EDA技术EDA技术即电子设计自动化技术，它是以可编程逻辑器件(PLD)为载体，以硬件描述语言(HDL)为主要的描述方式，以EDA软件为主要的开发软件的电子设计过程。它主要采用“自顶向下”的设计方法，

7、设计流程主要包括：设计输入、综合、仿真、适配、下载。EDA技术主要有以下特征：(1)高层综合的理论和方法取得进展，从而将EDA设计层次由RT级提高到了系统级，并推出了相应的系统级综合优化工具，大大缩短了复杂ASIC的设计周期。(2)23车辆与动力工程学院课程设计说明书采用硬件描述语言来描述10万门以上的设计，并形成了VHDL和Verilog-HDL两种标准硬件描述语言。(3)采用平面规划技术对逻辑综合和物理版图设计联合管理，做到在逻辑设计综合早期阶段就考虑到物理设计信息的影响。(4)为带有嵌入式IP核的