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基于CPLD的简易电子琴的设计

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摘要摘要电子设计自动化(EDA)是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，与电子技术、微电子技术的发展密切相关，吸收了计算机科学领域的大多数最新成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程的发展。

EDA技术的一个重要特征就是使用硬件描述语言(HDL)来完成设计文件，在电子设计领域受到了广泛的接受。

本文基于基本乐理和电子设计自动化（EDA）技术，在使用VHDL进行分频器设计的基础上，对频率控制进行研究从而实现电子琴基本部分的设计。

之后，从实用性和娱乐性出发，分析了演奏者对电子琴自动演奏的需求，进而从选择和演奏两个角度对电子琴的功能需求进行了设计。

在此基础上，笔者提出基于两个分频器设计方案。

关键字：电子自动化（EDA），VHDL，数字系统，电子琴ABSTRACTABSTRACTThe EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science , can be used in design electronic product automatically. One important characteristic of the EDA is that the design documents should be completed by the HDL. And it was widely used by electronic designer now.This paper is based on the Elementary Musical theory and Electronic Design Automatically(EDA) technology. And based on the frequency divider design using VHDL, the author dedicated into the study of the frequency control part to achieve the basic design of the Electone. Then the author works starting from the practical and entertaining , and analyses the real demand of the customers from Auto-Play. Furthermore, the author does the design by sorting them into types of Choosing and Playing. To follow up, the author proposes the design about the two Frequency Dividers.Key Words: Electronic Design Automation(EDA), VHDL, Digital System, Electone目录第1章引言 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 研究目标和意义 (2)1.3 研究思路 (2)1.4 论文设计的关键技术 (3)1.4.1 电子线路硬件设计组装调试技术 (3)1.4.2 自顶而下(Top-down)的EDA技术 (3)1.4.3 FPGA/CPLD技术 (3)1.4.4 VHDL硬件描述语言编程技术 (3)1.4.5 PCB制版技术 (4)第2章硬件设计 (5)2.1 CPLD最小系统 (5)2.2 外围电路 (8)2.3 芯片介绍 (10)2.3.1 EPM7128开发板 (10)2.3.2 CPLD/FPGA主芯片（适配器） (11)第3章软件设计 (13)3.1 分频器的设计 (13)3.1.1 概述 (13)3.1.2 计数器 (13)3.1.3 分频器 (15)3.2 基于分频器的电子琴设计概述 (17)3.3 自顶向下电子琴设计探讨 (18)3.3.1 自动手动演奏选择模块 (19)3.3.2 基频分频模块 (21)3.3.3 音阶分频发声显示模块 (22)3.3.4 顶层设计模块 (27)3.4 简单设计方案 (29)第4章系统测试 (31)4.1 测试使用的仪器 (31)4.2 测试方法 (31)4.3 指标测试和测试结果 (31)结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录 (36)附录一：程序代码 (36)第1章引言第1章引言1.1选题背景EDA是Electronic Design Automation（电子设计自动化）的缩写。

EDA是一门迅速发展的新技术，涉及面广，内容丰富。

EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以设计描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程多级期间的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑总和及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：1. 用软件的方式设计硬件；2. 用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；3. 设计过程中可用有关软件进行各种仿真；4. 系统可现场编程，在线升级；5. 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。

因此，EDA技术是现在电子设计的发展趋势。

EDA技术一般包括以下内容：①大规模可编程逻辑器件；②硬件描述语言；③软件开发工具；④试验开发系统。

本设计的内容就是研制开发基于CPLD/FPGA的数字系统，为电子琴设计提供方案。

主要包括：CPLD/FPGA芯片通用适配座及芯片编程下载电路。

基本信号发生模块，12MHz时钟信号。

CPLD/FPGA输出信息显示模块，包括数码显示、发光二极管显示、扬声器。

按键输入，琴键。

电子科技大学成都学院1.2研究目标和意义研究电子琴设计问题的目标是：掌握最小系统的设计，实现基于FPGA/CPLD 的数字系统的设计。

意义在于，近年来，EDA技术发展非常迅速，已成为推动电子工业发展的主要动力。

EDA技术的发展和推广应用，对高校电子技术课程教学思想、教学方法和教学目标产生了深远影响，许多高校相继将EDA技术作为电子技术教学改革的主要方向，在电子、信息、通信、电气等电类相关专业开设EDA课程，介绍EDA技术。

EDA数字系统设计是学习EDA技术、检验验证EDA设计的成果的一个平台。

选择EDA的研究作为毕业课程设计的论文题目，能更好的学习先进的EDA技术，并了解与其相关的电子技术、FPGA/CPLD编程下载技术、计算机辅助设计(CAD)等相关技术。

1.3研究思路图1-1 系统工作原理图图1-1为系统工作原理框图。

基于CPLD最小系统设计提供的基准时钟[频率为12MHz]，其时钟频率高于所需要的频率，所以在此次设计中需要对基准频率进行分频处理，以得到所需要的频率。

键盘编码器的作用是对键盘按键输入的信号进行检测，从而产生相应的分频系数。

自动演奏/按键输入切换的目的是针对设计要求的基本部分与发挥部分的切换增加的模块，它也不是一个单独的模块，它的作用相当于一个开关的作用，在音调发生器中选择是接收来自音乐存储第1章引言器中的信号，还是来自在键盘编码器中的信号。

如果该信号为1，则选择的是手动输入，而为0的时候是演奏音乐存储器里面的乐曲。

音调发生器的主要部分是一个分频器，当它接收到一个分频信号时，便对基准频率进行分频，之后由扬声器发出对应频率的音阶，并且用数码显示管显示出来。

1.4论文设计的关键技术在基于FPGA/CPLD的DEA实验开发系统的设计过程中，主要涉及到电子线路硬件设计组装调试技术、自上而下的EDA技术、FPGA/CPLD技术、VHDL 硬件描述语言编程技术以及PCB设计制版技术。

1.4.1电子线路硬件设计组装调试技术EDA实验开发系统是由多个功能单元电路组成，各个功能单元电路都涉及到电子线路硬件的设计、组装和调试技术。

1.4.2自顶而下(Top-down)的EDA技术传统的硬件系统采用的是自下而上(Down一Top)的设计方法，这种方法的仿真与调试都在设计后期进行，这对设计人员有较高的要求，一旦考虑不周，就会引起设计回溯，使设计周期大大增加。

另外，这种方法的主要设计文件是电路图，不利于归档、保存和维护，同时阅读、修改和使用也非常不便。

而自顶而下(Top-down)的设计方法从系统的整体出发，自上而下逐步将问题细化，使得在设计初期就能及早发现问题，这样大大降低了设计费用，明显缩短了设计周期。

同时，Top-Down的设计方法可使设计者在设计初期将精力集中于电路的功能上，而不去关心电路实现的具体细节。

1.4.3FPGA/CPLD技术FPGA/CPLD技术是在PAL、CAL基础上发展起来的。

与PAL、CAL相比，FPGA/CPLD规模较大，集成度高，并且和EPROM配合使用时用户可以反复编程、擦除，或在外围电路不变的情况下使用不同的EPROM即可实现不同的功能，这给开发者带来很大方便。

同时，采用FPGA与CPLD器件花费低，电路性能可靠，设计周期短，易于开发。

1.4.4VHDL硬件描述语言编程技术新兴的VHDL(very High speed Hardware description Language)描述能力强，它支持自上而下和基于库(Library-Based)的设计方法，还支持同步电路、异步电电子科技大学成都学院路、FPGA/CPLD以及其它随机电路的设计，其范围之广泛是其它HDL语言所不能比拟的。

另外，VHDL的编程与工艺无关，工艺更新时无需修改设计，而只需改变相应的映射工具即可。

目前，VHDL硬件描述语言已成为一种IEEE的工业标准，其设计结果便于复用和交流。

1.4.5PCB制版技术基于FPGAC/PLD的EDA实验开发系统设计最后形成实物，必须经过PCB 设计制版过程。

采用PROTELDXP软件进行电子电路的设计与制版，对提高设计质量、缩短设计时间非常必要。

PROTEL DXP软件简介：Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP 操作系统的EDA设计软件Protel DXP。

Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。

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简易电子琴设计(单片机课程设计)

简易电子琴设计(单片机课程设计)

简易电子琴设计用单片机控制扬声器，弹奏出一段音乐。

一、预备知识：乐曲由不同音符组成，各音符都有对应的频率，频率不同的方波加在扬声器上，就产生一个持续的音符。

利用不同的音符、音高、音长组合，就可产生想要的音乐。

对于单片机来说，利用其定时器产生不同频率的方波非常方便，以11.0592、22.1184MHz 晶振（实验箱）为例，列出高中低音符与单片机定时器初值如下表所示注意:1、一个音段常见由7个标准音组成（1do、2ri、3mi、4fa、5sol、61a、7si），但实际乐曲中还有一些介于2个标准音之间的音，即半度音，有 1.5、2.5、4.5、5.5、6.5共5个，所以完整的1个音段有12个音。

2、选择简谱时，尽量选用只含7个标准音的乐曲，而且要选C大调的（简谱左上角标着1=C X/4 ），否则各音符的频率要做相应的变化。

10二、设计目的了解扬声器的发声原理，进一步熟悉定时器、键盘扫描、LED 显示电路的工作原理及编程方法。

三、设计内容1 、设计键盘、LED 显示、扬声器驱动电路原理图；2、设计程序流程图；3 、编程调试，利用按键作为琴键，按下不同的键发出相应的音调，同时在LED 最右位显示对应键号值。

四、参考接线扬声器的SPK+ 端接VCC，SPK 负端连接到某一I/O 口。

五、设计步骤程序：KEYBUF EQU 30HSTH0 EQU 31HSTL0 EQU 32HTEMP EQU 33HORG 0000LJMP MAINORG 000BHLJMP INT_T0MAIN:MOV TMOD,#01HSETB ET0SETB EAWAIT:MOV P3,#0FFHCLR P3.4MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY1LCALL DELAYMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY1MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK1MOV KEYBUF,#0LJMP DK1NK1:CJNE A,#0DH,NK2MOV KEYBUF,#1LJMP DK1NK2:CJNE A,#0BH,NK3MOV KEYBUF,#2LJMP DK1NK3:CJNE A,#07H,NK4MOV KEYBUF,#3LJMP DK1NK4:NOPDK1:MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP ,AMOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,@A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0DK1A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK1ACLR TR0NOKEY1:MOV P3,#0FFHCLR P3.5MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2LCALL DELAYMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK5MOV KEYBUF,#4LJMP DK2NK5:CJNE A,#0DH,NK6MOV KEYBUF,#5LJMP DK2NK6:CJNE A,#0BH,NK7MOV KEYBUF,#6LJMP DK2NK7:CJNE A,#07H,NK8MOV KEYBUF,#7LJMP DK2NK8:NOPDK2:MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP ,AMOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,@A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0DK2A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK1ACLR TR0 NOKEY2:MOV P3,#0FFHCLR P3.6MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3LCALL DELAYMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK9MOV KEYBUF,#8LJMP DK1NK9:CJNE A,#0DH,NK10MOV KEYBUF,#9LJMP DK1NK10:CJNE A,#0BH,NK11MOV KEYBUF,#10LJMP DK1NK11:CJNE A,#07H,NK12MOV KEYBUF,#11LJMP DK3NK12:NOPDK3:MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP ,AMOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,@A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0DK3A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK3ACLR TR0NOKEY3:MOV P3,#0FFHCLR P3.7MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4LCALL DELAYMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4MOV A,P3ANL A,#0FHNK13:NK14: NK15:NK16: DK4: CJNE A,#0EH,NK13 MOV KEYBUF,#12 LJMP DK4CJNE A,#0DH,NK14 MOV KEYBUF,#13 LJMP DK4CJNE A,#0BH,NK15 MOV KEYBUF,#14 LJMP DK4CJNE A,#07H,NK16 MOV KEYBUF,#15 LJMP DK4NOPMOV A,KEYBUF MOV B,#2MUL ABMOV TEMP ,AMOV DPTR,#TABMOVC A,@A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,@A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0DK4A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK4ACLR TR0NOKEY4:MOV DPTR,#LED_TABMOV A,KEYBUFMOVC A,@A+DPTRMOV P1,ALJMP MAINDELAY:MOV R6,#10 D1: MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D1RETINT_T0:MOV TH0,STH0MOV TL0,STL0CPL P2.0RETITAB:DW 62018,62401,62743,62895DW 63185,63441,63670,63774DW 63966,64138,64216,64360DW 64489,64603,64655,64752 LED_TAB:DB ;低1,2,3,4;低5,6,7 ，中1;中2,3,4,5;中6,7 ，高1,2至9 共阴3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;0DB 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H;A 至F END原理图：EXFJldlVTAll■匚AIE：pc.ii*r 1 ■HM口1 店MinPE.MiAE.-iF匚ar屋理ix傅？1 ALVEffSviC rzarti*i"Pl.1吒灯血fl J叭孑n1)r i J raji'TITIf irf ri.hTC和止■Fl?mfio。

简易电子琴设计及制作实验报告

简易电子琴设计及制作实验报告

目录摘要 (3)前言 (3)1.课程设计的要求 (4)2.电路的分析 (4)3.电路的绘制 (6)4.pcb图绘制 (6)5.热转印制版法 (7)5.电路焊接与调试 (8)7.总结 (8)附录 (9)参考文献 (9)CAD课程设计简易电子琴设计及制作实验报告摘要本次设计在以STC89C52单片机为核心的系统板上利用C语言设计简易电子琴。

该电子琴能定时给电器供电或断电，最大定时时间可以长达六十分钟且可以再一分钟到六十分钟之间任意调节时间长短，操作使用方便。

采用STC89C52单片机控制，5位共阳数码管显示时间，蜂鸣器提示，继电器作电器电源输出控制。

该定时器可预置定时时间，可通过矩阵键盘上的四个按键来选定定时器预定时间和开始和暂停，然后结合继电器对电器进行供电和断电；利用单片机内部的定时器T0,成功实现了计时器的计时功能；本电子定时器会在定时时间到达零时通过蜂鸣器进行报警，以此提醒用户电器即将断电，方便用户对电器进行其它的操作。

本实验过程包括：①前期设计：1、原理图的绘制、PCB图的设计与排版2、编写程序并下载程序至单片机②实验制作：1、电路板焊接③后期实验工作1、实验调试2、实验报告与总结前言我们生活在一个电子产品层出不穷的时代，作为通信专业的一名学生，了解基本的电子产品的工作原理及基本结构是十分必要的，这对于我们以后了解比较复杂的电子产品有非常重要的作用。

现在电子仪器发展迅速，而且功能越来越齐全化，体积微型化，仪器智能化；电压，电流要求越来越简单，功耗越来越低。

单片机有这体积小，功耗低（STC89C51功耗在100MW左右），功能强，性能价格比高，易于推广应用等显著特点，所以在现代社会中已经占统治地位。

事实上单片机是世界上数量最多的计算机。

现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。

手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。

而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。

电子琴设计说明

电子琴设计说明

电子琴设计说明(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--电子琴的设计摘要随着基于CPLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制用计算机等领域的重要性日益突出。

作为一个学电子信息专业的学生，我们必须不断地了解更多的新产品信息，这就更加要求我们对EDA有个全面的认识。

本程序设计的是简易电子琴的设计。

采用EDA作为开发工具，VHDL语言为硬件描述语言，MAX + PLUS II作为程序运行平台，所开发的程序通过调试运行、波形仿真验证，初步实现了设计目标。

本程序使用的硬件描述语言VHDL，可以大大降低了硬件数字系统设计的入门级别，让人感觉就是C语言的近亲。

通过老师的指导和自己的学习完成了预想的功能。

1 引言课程设计的目的巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力，通过对一个简易的八音符电子琴的设计，进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。

巩固所学课堂知识，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。

为了进一步了解计算机组成原理与系统结构，深入学习EDA技术，用VHDL语言去控制将会使我们对本专业知识可以更好地掌握。

课程设计的内容1)设计一个简易电子琴；2)利用一基准脉冲产生1，2，3，。

共7个音阶信号；3)用指示灯显示节拍；2 开发工具简介EDA技术EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。

EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。

基于单片机系统的简易电子琴的设计与实现

基于单片机系统的简易电子琴的设计与实现

题目基于单片机系统的简易电子琴的设计与实现设计要求：1、能实现电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。

手动演奏，且能手动演奏八度音的高低音，音色纯真。

2、演奏不同的音时，数码管有对应的显示。

3、功率不大于500mw,音质悦耳，无失真。

摘要随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。

我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。

本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。

我们对于电子琴如何实现其功能，如音色选择、声音强弱控制、节拍器、自动放音功能等等也很好奇。

电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。

它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。

本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。

以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。

本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。

一、系统总体设计该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，单片机工作频率为11.0592MHZ ，使用其定时/计数器T0，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号。

该设计具有16个音节的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。

由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。

如图1所示系统总体框图。

图1 系统总体框图键盘扫描AT89S52数码管显示扬声器播放音乐电源部分二、系统硬件设计（1）系统复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。