简易电子琴的VHDL仿真与实现.doc

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1、简易电子琴的VHDL设计与实现35/35一.设计课题与任务要求：设计制作一个简易电子琴演奏器。原理概述：根据声乐知识，产生音乐的两个因素是音乐频率的持续时间，音乐的十二平均率规定，每两个八音度之间的频率相差一倍，在两个八音度之间，又可分为12个半音。每两个半音的频率比为4。另外，音名A（乐谱中的低音6）的频率为440HZ，音名B到C之间，E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出乐谱中从低音1到高音1之间每个音名的频率如下表所示。表1简谱中的音名与频率的关系音名频率（Hz）音名频率（Hz）音名频率（Hz）低音1261.63中音1523.25高

2、音11046.50低音2293.67中音2587.33高音21174.66低音3329.63中音3659.25高音31318.51低音4349.23中音4698.46高音41396.92低音5391.99中音5783.99高音51567.98低音6440中音6880高音61760低音7493.88中音7987.76高音71975.52基本要求：1、用8×8点阵显示“1234567”七个音符构成的电子琴键盘。其中点阵的第一列用一个LED点亮表示音符“1”，第二列用二个LED点亮表示音符“2”，依此类推，如下图所示。1234567图1点阵显示的电子

3、琴键盘2、用BTN1～BTN7七个按键模拟电子琴手动演奏时的“1234567”七个音符。当某个按键按下时，数码管显示相应的音符，点阵上与之对应的音符显示列全灭，同时蜂鸣器演奏相应的声音；当按键弹开时数码管显示的音符灭掉，点阵显示恢复，蜂鸣器停止声音的输出。下图所示为按下BTN3按键时点阵的显示情况。35/351234567图2按键按下后的点阵显示1、由拨码开关切换选择高、中、低音，并用数码管进行相应的显示。2、通过按键BTN0进行复位，控制点阵显示图1的初始状态。提高要求：1、可通过一个拨码开关进行手动/自动演奏的切换，并与点阵显示配合增加自动

4、演奏乐曲的功能。2、增加手动演奏的音符存储、播放功能。二．系统设计（包括设计思路、总体框图、分块设计）1.设计思路说明：电子琴的设计包括七个模块：弹奏模块keyplay、自动演奏模块autoplay、查表及显示模块table、分频模块fenpin、存储模块store、七段数码管显示模块seg7和点阵的显示模块lattice。弹奏模块keyplay根据按键动作key，和高中低模式选择mode产生指示音调的index_key。自动演奏模块autoplay接收50MHz的时钟信号，输出index_auto。存储录音模块store根据store1选择录

5、音，用数组存储index_key，并将其传输给index_store，作为录音存储的数据。查表及显示模块table根据按键button，replay选择采用index_key或index_auto或者index_store来查分频系数表，输出分频系数tone。对于tone的编码，采用了五位编码方式，高2位存储高中低音对应的11、01、00编码，低3位存储相应输入音调对应的二进制编码。分频模块fenpin接收table输出的分频系数tone，并据此分频，将对应频率的信号buzz输出给扬声器供其发声。七段数码管显示模块seg7根据对应的按键butt

6、on，replay选择采用index_key或index_auto或者index_store，分别对应不同的数码管显示输出。点阵的显示模块lattice根据对应的按键button，replay选择采用index_key或index_auto或者index_store，分别对应不同的数码管显示输出。这样可以保证在不同的模式下点阵以及数码管都可以对应显示输出。35/352.总体框图与流程图图1系统实现流程图35/35图2系统设计框图3.分块设计系统总体设计：图3顶层设计Keyplay模块设计：将输入key[6..0]，mode编码为index_ke

7、y[4..0]。index_key[4..0]的高两位表示高、中、低音，00表示低音，01表示中音、11表示高音。index_key[4..0]低三位表示音调，001表示do，010表示re,以此类推，000表示不发音。这样可以实现对不同按键模式下的编码，而这些编码会为后续模块例如seg7，lattice所使用。35/35图4keyplay模块设计autoplay模块设计：把50MHz的输入时钟分频为16Hz，作为节拍。将要自动演奏的歌曲预先写为index_auto的格式（index_auto格式与index_key格式相同）。以16Hz的频率

8、将index_auto输出。这里需要用到计数器，此计数器的长度由演奏的歌曲长度而定。图5autoplay模块设计查表及显示模块table设计：(1)输