基于eda的电子琴设计.doc

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1、EDA电子琴设计2009-07-1109:07目录前  言3一、设计要求3二、设计目的3三、硬件电路的设计31、电子琴整体电路31.1手动/自动演奏模块41.2音调发生器模块41.3数控分频模块5四、程序设计51、手动/自动演奏模块的设计62、音调发生器模块的设计73、数控分频模块的设计7五、组装调试下载7六、心得体会9七、参考文献9附录110附录211前  言EDA技术是电子设计的发展趋势，利用EDA工具可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作。EDA工具从数字系统设计的单一领域，发展到今天，应用范围已涉及模拟、

2、微波等多个领域，可以实现各个领域电子系统设计的测试、设计方针和布局布线等。设计者只要完成对电子系统的功能描述，就可以利用计算机和工具，进行设计处理，最终得到设计结果。采用可编程逻辑器件通过对器件内部的设计来实现系统功能，是一种基于芯片的设计方法。设计者可以根据定义器件的内部逻辑很引出端，将电路板设计的大部分工作放在芯片的设计中进行，通过对芯片设计实现数字系统的逻辑功能。用硬件描述语言进行电路与系统的设计是当前EDA技术的重要特征。硬件描述语言的突出优点是：语言的公开可利用性；设计与工艺的无关性；宽范围的描述能力；便于组

3、织大规模系统的设计；便于设计的复用和继承等。目前常用的IEEE标准硬件描述语言有VHDL和Verilog-HDL。一、设计要求  基于传统数字频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而下降，在实用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。本系统设计的基本指标如下：1对于频率测试功能，测频范围为0.1-50MHZ；对于测频全域相对误差恒为百万分之一。2对于脉宽测试功能，测试范围为0.1us-1s,二、设计目的⑴熟悉Quartus2软件的使用。⑵熟悉EDA实验开发系统的基

4、本使用。⑶学习VHDL基本单元电路的设计应用。进一步掌握EDA的多层次设计方法。⑷学习音乐发生器的设计。三、硬件电路的设计1、电子琴整体电路（见附录1）本设计由手动/自动演奏模块、音调发生器、数控分频器3个模块组成。手动/自动演奏模块的作用是实现手动和自动演奏音乐的控制。音调发生器tone的作用是产生获得音阶的预置值。数控分频模块spreker对时基钟脉冲进行分频，得到与1，2，3，4，5，6，7，七个音符对应的频率。这3个模块如下：1.1手动/自动演奏模块1.2音调发生器模块1.3数控分频模块四、程序设计（见附录2）

5、流程图(如下图1）             图11、手动/自动演奏模块的设计在automusic中设置了9位二进制计数器，作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率选为4HZ，即每一计数值的停留时间为0.25秒，恰为全音符设为1秒时，四四拍的4分音符持续时间。例如，automusic在以下的VHDL逻辑描述中，“梁祝”乐曲的第一个音符为“3”，此音在逻辑中停留了4个时钟节拍，即1秒时间，相应地，所对应的“3”音符分频预置数值为1036，在speaker的输入端停留了1秒。随着tone中的计数器按4HZ的时钟速

6、率作加法计数时，即随地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过index[3..0]端口输向tone模块，乐曲就开始连续自然地演奏起来了。Index2[7..0]是手动音符输入端，8位分别对应do,re,mi,fa,sol,la,si,!do八个音符。auto是自动/手动播放控制端，当auto为0时实现自动演奏功能，为1时则是手动输入乐曲。2、音调发生器模块的设计音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定，该模块tone的功能首先是为speaker提供决定所发音符的分频预置数，而此数在spea

7、ker输入口停留的时间即为此音符飞节拍值。模块tone是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路，其中设置了“梁祝”乐曲全部音符所对应的分频预置数，共13个，每一个音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块tone的clk的输入频率决定，在此为4HZ。这13个值的输出由对应于tone的4为index[3..0]确定，而index[3..0]最多有16种可选值。输向tone中index[3..0]的值index0[3..0]的输出值与持续的时间由模块tone决定。3、数控分频模块的设计音符的频率可以由speaker获得，这是一个

8、数控分频器。数控分频模块spreker对时基钟脉冲进行分频，得到与1，2，3，4，5，6，7，七个音符对应的频率。由其clk端输入一具有较高频率（12MHZ）的信号，通过speaker分频后由spks输出，由于直接从数控分频器中出来的输出信号是脉宽极窄的脉冲式信号，为了有利于驱动扬声器，需另加一个D触发器以均衡其占空比，但这时的频