用Quartus II設計電子琴

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,電子琴設計,設計要求,設計一個八音電子琴。,由鍵盤輸入控制音響，同時可自動演奏樂曲。,用戶可以將自己編制的樂曲存入電子琴，演奏時可選擇鍵盤輸入樂曲或者已存入的樂曲。,系統(tǒng)組成,系統(tǒng)由數(shù)控分頻器和樂曲存儲模塊組成。,數(shù)控分頻器對,FPGA,的基準頻率進行分頻，得到與各個音階對應的頻率輸出。,樂曲存儲模塊產(chǎn)生節(jié)拍控制和音階選擇信號，即在此模塊中可存放一個樂曲曲譜真值表，由一個計數(shù)器來控制此真值表的輸出，而由計數(shù)器的計數(shù)時鐘信號作為樂曲節(jié)拍控制信號。,模塊設計,1.,頂層模塊的設計,2.,自動演奏模塊,(,au

2、tomusic,),的設計,3.,音調(diào)發(fā)生器,(tone),模塊的設計,4.,數(shù)控分頻模塊（,speaker,）的設計,1.,頂層模塊的設計,頂層模塊由樂曲自動演奏（,automusic,），音調(diào)發(fā)生器（,tone,）和數(shù)控分頻器（,speaker,）三個模塊組成。,其中樂曲演奏部分又包括了鍵盤編碼。,設置一個自動演奏,/,鍵盤輸入切換,auto,，即當,auto=“0”,時，選擇自動演奏音樂存儲器里面的樂曲，,auto=“1”,時，選擇鍵盤輸入的信號。,頂層設計原理圖,2.,自動演奏模塊,(,automusic,),的設計,音樂存儲模塊的作用是產(chǎn)生,8,位發(fā)聲控制輸入,index,。,當,a

3、uto,為“,0”,時，由存儲在此模塊中的,8,位二進制數(shù)作為發(fā)聲控制輸入，可自動演奏樂曲。,此模塊的,VHDL,程序中包括兩個進程，首先是對時基脈沖進行分頻得到,4Hz,的脈沖，作為第二個進程的時鐘信號，它用來控制每個音階之間的停頓時間，,1/4=0.25s,；第二個進程是音樂的存儲，可根據(jù)需要編寫不同的樂曲。,3.,音調(diào)發(fā)生器,(tone),模塊的設計,音調(diào)發(fā)生器的作用是產(chǎn)生獲得音階的分頻預置值。,當,8,位發(fā)聲控制輸入,index,中的某一位為高電平時，則對應某一音階的數(shù)值將在端口,tone,輸出，該數(shù)值即為該音階的分頻預置值，分頻預置值控制數(shù)控分頻器來對,4MHz,的脈沖進行分頻，由此

4、可得到每個音階對應的頻率。,例如輸入,index=“00000010”,，即對應的按鍵是,2,，產(chǎn)生的分頻系數(shù)便是,6809,；,code,輸出對應該音階簡譜的顯示數(shù)碼；,high,輸出指示音階高,8,度，低電平有效。,4.,數(shù)控分頻模塊（,speaker,）的設計,數(shù)控分頻模塊對時基脈沖進行分頻，得到與,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,、,7,七個音符對應頻率。,該模塊的,VHDL,程序中包含了三個進程。,首先對,FPGA,的,32MHz,的時基脈沖進行分頻得到,8MHz,的脈沖，,然后按照,tone1,輸入的分頻系數(shù)對,8MHz,的脈沖再次分頻，得到所需要的音符頻率。,第三個進

5、程的作用是在音調(diào)輸出時再進行二分頻，將脈沖展寬，使揚聲器有足夠發(fā)聲功率。,電子琴程序設計與仿真,電子琴程序設計與仿真,1.,頂層程序與仿真,2.,音階發(fā)生器程序與仿真,3.,數(shù)控分頻模塊程序與仿真,4.,自動演奏模塊程序與仿真,1.,頂層程序與仿真,-,文件名：,top.vhd,-,功能：頂層文件,-,最后修改日期：,2004.3.20,library IEEE;,use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;,entity top is,Port(clk32

6、MHz :in,std_logic,;-32MHz,系統(tǒng)時鐘,handTOauto,:in,std_logic,;-,鍵盤輸入,/,自動演奏,code1 :out std_logic_vector(6,downto,0);-,音符顯示信號,index1 :in std_logic_vector(7,downto,0);-,鍵盤輸入信號,high1 :out,std_logic,;-,高低音節(jié)信號,spkout,:out,std_logic,);-,音頻信號,end top;,architecture Behavioral of top is,component,automusic,Port(,

7、clk,:in,std_logic,;,Auto:in,std_logic,;,index2:in std_logic_vector(7,downto,0);,index0:out std_logic_vector(7,downto,0);,end component;,component tone,Port(index:in std_logic_vector(7,downto,0);,code:out std_logic_vector(6,downto,0);,high:out,std_logic,;,tone0:out integer range 0 to 2047);,end compo

8、nent;,component speaker,Port(clk1:in,std_logic,;,tone1:in integer range 0 to 2047;,spks,:out,std_logic,);,end component;,signal tone2:integer range 0 to 2047;,signal indx:std_logic_vector(7,downto,0);,begin,u0:automusic port,map(clk,=clk32MHZ,index2=index1,index0=,indx,Auto,=,handtoAuto,);,u1:tone p

9、ort,map(index,=indx,tone0=tone2,code=code1,high=high1);,u2:speaker port map(clk1=clk32MHZ,tone1=tone2,spks=,spkout,);,end Behavioral;,（頂層文件仿真圖）,2.,音階發(fā)生器程序與仿真,-,文件名：,tone.vhd,。,-,功能：音階發(fā)生器程序。,-,最后修改日期：,2004.4.13,。,library IEEE;,use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;,use IEEE.STD_LO

10、GIC_UNSIGNED.ALL;,entity tone is,Port(index:in std_logic_vector(7,downto,0);-,音符輸入信號,code :out std_logic_vector(6,downto,0);-,音符顯示信號,high :out,std_logic,;-,高低音顯示信號,tone0:out integer range 0 to 2047);-,音符的分頻系數(shù),end tone;,architecture Behavioral of tone is,begin,search:,process(index,),-,此進程完成音符到音符的分頻系

11、數(shù)譯碼，音符的顯示，高低音階,begin,case index is,when 00000001=tone0=773;code=1001111;high tone0=912;code=0010010;high tone0=1036;code=0000110;high tone0=1116;code=1001100;high tone0=1197;code=0100100;high tone0=1290;code=0100000;high tone0=1372;code=0001111;high tone0=1410;code=0000000;high tone0=2047;code=00000

12、01;high=0;,end case;,end process;,end Behavioral;,（音階發(fā)生器仿真圖）,3.,數(shù)控分頻模塊程序與仿真,-,文件名：,speaker.vhd,。,-,功 能：實現(xiàn)數(shù)控分頻。,-,最后修改日期：,20004.3.19,。,library IEEE;,use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;,entity speaker is,Port(clk1 :in,std_logic,;-,系統(tǒng)時鐘,tone1:in i

13、nteger range 0 to,2047,;-,音符分頻系數(shù),spks,:out,std_logic,);-,驅(qū)動揚聲器的音頻信號,end speaker;,architecture Behavioral of speaker is,signal,preclk,fullspks:std_logic,;,begin,pulse1:process(clk1),-,此進程對系統(tǒng)時鐘進行,4,分頻,variable,count:integer,range 0 to 8;,begin,if clk1event and clk1=1 then count:=count+1;,if count=2 th

14、en,preclk,=1;,elsif,count=4 then,preclk,=0;count:=0;,end if;,end if;,end process pulse1;,genspks:process(preclk,tone1)-,此進程按照,tone1,輸入的,-,分頻系數(shù)對,8MHz,的脈沖再次分頻，得到所需要的音符頻率,variable count11:integer range 0 to 2047;,Begin,if,preclkevent,and,preclk,=1 then,if count11tone1 then,count11:=count11+1;fullspks=1

15、;,else count11:=0;fullspks=0;,end if;,end if;,end process;,delaysps:process(fullspks,)-,此進程對,fullspks,進行,2,分頻,variable count2:,std_logic,:=0;,begin,if,fullspksevent,and,fullspks,=1 then,count2:=not count2;,if count2=1 then,spks,=1;,else,spks,=0;,end if;,end if;,end process;,end Behavioral,；,（數(shù)控分頻模塊仿

16、真圖）,4.,自動演奏模塊程序與仿真,-,文件名：,automusic.vhd,-,功 能：實現(xiàn)自動演奏功能。,-,最后修改日期：,2004.3.19,。,library IEEE;,use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;,use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;,entity,automusic,is,Port(,clk,Auto,:in,std_logic,;-,系統(tǒng)時鐘；鍵盤輸入,/,自動演奏,index2:in std_logic_vector(7,downto,0);-,鍵盤輸入信號,index0:out std_logic_vector(7,downto,0);-,音符信號輸出,end,automusic,;,architecture Behavioral of,automusic,is,signal count0:integer range 0 to 31;-change,signal clk2:std_logic;,begin,pulse0:process(clk,Au