基于vhdl电子琴设计说明书

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1、目录一、设计任务与要求………………………………………1二、总体框图……………………………………………2三、选择器件……………………………………………5四、功能模块……………………………………………61.Songer模块………………………………61.1NoteTabs模块………………………61.2ToneTaba模块………………………111.3Speakera模块………………………132.div模块……………………………………163.七段译码器模块……………………………18五、总体设计电路图………………………………………211.顶层设计的电路原理图……………………212.顶层设计的仿真

2、结果………………………233.电路的管脚图………………………………23六、结束语………………………………………………24七、心得体会……………………………………………2516八音符电子琴电路设计一、设计任务与要求在EDA开发平台上利用VHDL语言设计一个八音符电子琴，由键盘输入控制音响或自动演奏。用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可以选择键盘输入乐曲或者自动演奏已存入的乐曲。二、总体框图系统设计方案：方案一：采用单个的逻辑器件组合实现。这样虽然比较直观，逻辑器件分工鲜明，思路也比清晰，一目了然。但是由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过

3、大等不利因素。例如八个不同的音符是由八个不同的频率来控制发出的，而采用方案一就需要运用不同的分频器来对信号进行不同程度的分频。所用仪器之多显而易见。方案二：采用VHDL语言编程来实现电子琴的各项功能。系统主要由电子琴发声模块、选择控制模块和储存器模块组成。和方案一相比较，方案二就显得比较笼统，只是把整个系统分为了若干个模块，而不牵涉到具体的硬件电路。但是我们必须看到用超高速硬件描述语言VHDL的优势，它不仅具有良好的电路行为描述和系统描述的能力而且通俗易懂。经过对以上两种方案的分析、比较和总结，我们选用方案二来进行八音符电子琴的设计。八音符电子琴设计总体框图，如图1：NOTETABS

4、TONETABA译码器分频器扬声器SPEAKERA图1八音符电子琴设计总体框图16该系统由三个模块：Songer、Div和SEG7（7段译码器）组成。1.Songer模块：此模块包括3个小模块，分别是NoteTabs模块，ToneTab模块和Speakera模块。此外，还需建立一个名为“music”的LPM_ROM模块与NoteTabs模块连接。1．NoteTabs模块：该模块的功能就是定义音符数据ROM“music”随着该模块中的计数器控制时钟频率速率作加法计数时，即地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据。将从ROM中通过ToneIndex[3..0]端口输向ToneTaba模块

5、，演奏《采茶舞曲》。2．ToneTaba模块：是乐曲简谱码对应的分频预置数查找表电路，其中设置了乐曲的全部音符所对应的分频置数，每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块NoteTabs的CLK的输入频率决定，这些值由对应于ToneTaba的4位输入值Index[3..0]确定，最多有16种可选值。输向ToneTaba中Index[3..0]的值ToneIndex[3..0]的输出值与持续的时间由模块NoteTabs决定。3．Speakera模块：是一个数控分频器，音符的频率可由此模块获得。由CLK端输入一具有较高频率的信号，通过Speakera分频后由SPKOUT输出。由于直接从

6、数控分频器中出来的输出信号是脉宽极窄的脉冲式信号。为了利用驱动扬声器，需加一个D触发器以均衡其占空比，频率将是原来的1/2。Speakera对CLK输入信号的分频比由预置数Tone决定。SPKOUT的输出频率将决定每一音符的音调。2.Div模块：由于所使用的硬件设备不能满足设计所需要的两个CLK输出的频率，所以使用一个分频器来实现把一个50MHz的晶体振荡频率分成一个12MHz，一个8Hz两个分频率，再把两个频率分别给所需的两个模块。3.EG7模块：SEG7模块是一个七段译码器，作用是在硬件上显示音频的高低，用0到7分别对应空节拍do、ri、mi、fa、suo、la、xi，高音时，L

7、ED灯亮，数码管显示对应数字。发音原理：1.乐曲演奏的原理组成乐曲的每个音符的频率值（音调）及其持续时间（音长）是乐曲能连续演奏所需的两个基本数据，因此只要控制输出到扬声器的激励信号的频率的高低和持续时间，就可以使扬声器发出连续的乐曲声。2.音调的控制:频率的高低决定了音调的高低。2.1基准频率f0的选取所有不同频率的信号都是从同一个基准频率f0分频而得到的。由于音节频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，因此必须将计算所得的分频数四舍五入取整。若基准频率