eda 電子琴課程設(shè)計(jì)

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1、設(shè)計(jì)者：張目（12007243818）——可編程邏輯器件與VHDL課程設(shè)計(jì)基于VHDL原理圖及文本輸入法的簡單電子琴電路的設(shè)計(jì)1.1課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)主要是基于VHDL文本輸入法設(shè)計(jì)樂曲演奏電路，該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘分頻器的原理，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)，通過按鍵輸入來控制音響或者自動(dòng)演奏已存入的歌曲。系統(tǒng)由樂曲自動(dòng)演奏模塊、音調(diào)發(fā)生模塊和數(shù)控分頻模塊三個(gè)部分組成。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是用硬件描述語言VHDL按模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行編程、時(shí)序仿真、電路功能驗(yàn)證，奏出美妙的樂曲（當(dāng)然由于條件限制，暫不進(jìn)行功能驗(yàn)證，只進(jìn)行編程和時(shí)序仿真）。該設(shè)計(jì)最重要的一點(diǎn)就是通過按鍵控制不同的音

2、調(diào)發(fā)生，每一個(gè)音調(diào)對應(yīng)不同的頻率，從而輸出對應(yīng)頻率的聲音。1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的八音符電子琴，它可通過按鍵輸入來控制音響。（2）系統(tǒng)演奏時(shí)可以選擇是手動(dòng)演奏（由鍵盤輸入）還是自動(dòng)演奏已存入的樂曲。（3）能夠自動(dòng)演奏多首樂曲，且樂曲可重復(fù)演奏。1.3課程設(shè)計(jì)原理本課程設(shè)計(jì)目的在于靈活運(yùn)用EDA技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易電子琴的樂曲演奏，它要求在實(shí)驗(yàn)箱上構(gòu)造一個(gè)電子琴電路，不同的音階對應(yīng)不同頻率的正弦波。按下每個(gè)代表不同音階的按鍵時(shí)，能夠發(fā)出對應(yīng)頻率的聲音。故系統(tǒng)可分為樂曲自動(dòng)演奏模塊（AUTO）、音調(diào)發(fā)生模塊（TONE）和數(shù)控分頻模塊(FENPIN)三部分。系統(tǒng)的整體組裝設(shè)

3、計(jì)原理圖如圖1-1所示。設(shè)計(jì)者：張目（12007243818）——可編程邏輯器件與VHDL課程設(shè)計(jì)圖1-1系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計(jì)原理圖由于設(shè)計(jì)分模塊組成，每個(gè)單獨(dú)的模塊都是一個(gè)完整的源程序，分別實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)的功能，但是每個(gè)模塊又是緊密關(guān)聯(lián)的，前一個(gè)模塊的輸出很可能是后一模塊的輸入。如AUTO模塊的音符信號輸出就是TONE模塊的音符信號輸入。另外，時(shí)鐘脈沖信號在本課程設(shè)計(jì)中用的最多，用處也最大，一般情況下時(shí)鐘信號處上升沿有效，判斷和控制各個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)多少。2簡易電子琴的設(shè)計(jì)過程根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘分頻器的原理，設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，通過按鍵輸入來控制音響或者

4、自動(dòng)演奏已存入的歌曲。它由樂曲自動(dòng)演奏模塊、音調(diào)發(fā)生模塊和數(shù)控分頻模塊三部分組成。2.1樂曲自動(dòng)演奏模塊樂曲自動(dòng)演奏模塊的作用是產(chǎn)生8位發(fā)生控制輸入信號。當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)演奏時(shí)，由存儲(chǔ)在此模塊的8位二進(jìn)制數(shù)作為發(fā)聲控制輸入，從而自動(dòng)演奏樂曲。該模塊的VHDL源程序主要由3個(gè)工作進(jìn)程組成，分別為PULSE0，MUSIC和COM1。PULSE0的作用是根據(jù)鍵盤輸入（自動(dòng)演奏）的值（0或1）來判斷計(jì)數(shù)器COUNT以及脈沖CLK2的輸出值。部分源程序如下：PULSE0:PROCESS(CLK,AUTO)--工作進(jìn)程開始VARIABLECOUNT:INTEGERRANGE0TO8;--定義計(jì)數(shù)器變

5、量，值從0到8IFAUTO='1'THEN--鍵盤輸入為1COUNT:=0;CLK2<='0';--計(jì)數(shù)器值指0，時(shí)鐘信號為0ELSIF(CLK'EVENTANDCLK='1')THEN--時(shí)鐘輸入信號為1COUNT:=COUNT+1;--計(jì)數(shù)器加1當(dāng)確定了時(shí)鐘信號輸出的值后，在第二個(gè)PROCESS中就可以由它控制8位發(fā)聲控制輸入信號了。即CLK2的值為0時(shí)，COUNT0為1。最后的COM1便是由前兩個(gè)PROCESS所確定的COUNT0、AUTO和鍵盤輸入信號值INDEX2將8位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為音符信號的輸出，達(dá)到自動(dòng)演奏的目的。部分源程序如下：IFAUTO='0'THENCASE

6、COUNT0ISWHEN0=>INDEX0<="00000100";--3設(shè)計(jì)者：張目（12007243818）——可編程邏輯器件與VHDL課程設(shè)計(jì)WHEN4=>INDEX0<="00010000";--5該模塊最主要的用途就是將輸入二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為發(fā)聲控制輸入，是產(chǎn)生音符的重要步驟，AUTO模塊的源程序符號編輯圖如圖3-1。圖3-1AUTO模塊的符號編輯圖2.1.1樂曲演奏模塊文本程序：--程序名稱：AUTO.VHD--程序功能：采用VHDL語言編程產(chǎn)生8位發(fā)聲控制輸入信號。--電子班張目(12007243818)--LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_11

7、64.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYAUTOISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;--系統(tǒng)時(shí)鐘信號AUTO:INSTD_LOGIC;--鍵盤輸入/自動(dòng)演奏CLK2:BUFFERSTD_LOGIC;--時(shí)鐘輸出INDEX2:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);--鍵盤輸入信號INDEX0:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DO