FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计

简易电子琴电路设计一、设计要求：(1) 设计一个简易电子琴。

(2) 利用实验箱的脉冲源产生1，2，3，……共7 个或14 个音阶信号。

(3) 用指示灯显示节拍。

(4) 能产生颤音效果。

二、原理说明：简易电子琴实现自动播放和手动弹奏两种模式，由一个开头选择。

自动播放功能可以预置多首乐曲，可以通过手动选择，本设计预置了两首乐曲《梁祝》和《两只老虎》。

手动弹奏设置了7个按键做琴键，分别对应7个音阶。

系统由8个模块组成，图1是顶层设计文件，其内部有7个功能模块：Speakera.v(例2) 和ToneTaba.v (例3)，NoteTabs.v (例4)，div_27.v，div-50.v，Keyboard.v，Dir.v。

模块ToneTaba音阶发生器，当4位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的LED显示，音阶越高，LED亮的数目越多。

模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout 向扬声器输出发声。

模块NoteTabs用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置两个乐曲曲谱真值表，通过song来选择播放的音乐，00代表复位，01选乐曲《梁祝》，10选《两只老虎》，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。

模块div-27和div_50是分频模块，通过计数的方式进行分频。

div_27是由板上27M时钟分频产生4Hz的频率用于节拍控制，div_50是板上50M时钟产生12.5MHz用于Sperkera模块。

西南科技大学电子专业综合设计报告设计名称：基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现姓名：学号:班级：指导教师：起止日期： 2013年11月22日-2013年12月10 日西南科技大学信息工程学院制综合设计任务书学生班级：电子1001 学生姓名：学号：设计名称：基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现起止日期：2013.11.22-2013.12.10 指导教师：综合设计学生日志基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现摘要：随着科学技术的日新月异，人们的生活也在发生在变化，电子产品也随之增多，比如现在流行的电子琴，已经逐渐代替了曾经的手动风琴了。

文章中所介绍的多功能电子琴的设计在Quartus II平台上，采用Verilog HDL 语言和模块化的设计方法，设计出一个能够通过按键控制不同的音符，同时也可以通过按键进行演奏已经存储的曲子的多功能电子琴。

本系统主要由五个个模块组成：顶层模块，曲目1模块，曲目2模块，按键模块，曲目循环播放模块。

关键词: FPGA；电子琴； Verilog HDL；音符FPGA-based design and implementation of multi-organAbstract：With the development of science and technology, also occurs in people's lives change, electronic products also increase, such as the now popular organ, has replaced the former manual organ. Multifunction keyboard design as described in the article on the Quartus II platform, using Verilog HDL language and modular design method, design a button control through different note, you can also play music already stored by keys multifunction keyboard. The system consists of five modules: the top-level module, a module tracks, track 2 modules, key module, track loop module.Key words: FPGA, Keyboard, Verilog HDL, Note一、设计目的和意义目的：1.1、在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解 EDA技术，掌握 Verilog HDL 硬件描述语言的设计方法和思想；1.2、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；1.3、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境；1.4、学会运用Quartus II等编程仿真软件；1.5将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习。

课程设计摘要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。

实现方法有许多种。

现用可编程逻辑器件（PLD）来完成该设计。

核心是一数控分频器，对输入的脉冲进行分频，得到每个音阶对应的频率，由此实现简易电子琴的发音功能。

电子琴可演奏由键盘输入的音阶，同时在数码管上显示对应音节的频率。

本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144C8芯片上编程实现；经仿真，调试基本能够达到技术指标，仿真结果基本正确。

关键词音乐译码电路模块，VHDL，数控分频，电子琴基于FPGA的电子琴设计AbstractMusic performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。

The design is accomplished using a programmable logic device (PLD). The core is a numerical control frequency divider, the input pulse frequency, the frequency of each scale corresponding to the frequency, thus achieving the function of simple electronic piano. The electronic piano can be played by the keyboard input of the scale, while in the digital tube display the corresponding syllable frequency. The design based on ultra high speed hardware description language VHDL on Altera's cyclone II Series ep2c5t144c8 chip programming; the simulation and debugging can basically meet the technical indicators, and the result of simulation is correct.Keywords Music decoder circuit module，VHDL，Numerical control pointing frequency modules，electronic organ沈阳工程学院课程设计目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................................ I I1 引言 (1)2 VHDL简述及应用 (2)2.1VHDL简述 (2)2.2 VHDL的应用 (2)3 FPGA的简述 (3)3.1 FPGA的介绍 (3)3.2 FPGA的整体结构 (3)3.3 Altera公司的FPGA (3)4 电子琴演奏系统设计原理分析 (4)4.1电子琴演奏设计的基本要求 (4)4.2电子琴演奏原理 (4)4.3音名与频率的关系 (5)4.4控制音长的节拍发生器 (6)5 电子琴硬件演奏电路的层次化设计方案 (8)5.1按键控制模块 (8)5.2自动演奏模块 (8)5.3自动播放控制模块 (9)5.4数控分频模块设计 (9)5.5数码管译码显示 (10)5.6音频驱动模块 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附录1 (15)附录2 (16)基于FPGA的电子琴设计1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。

简易电子琴的设计学生姓名：王春指导老师：郑大腾摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，它可以通过按键输入来控制音响。

多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。

该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴发声模块、存储器模块和选择控制模块。

用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。

不仅能实现弹琴和演奏的功能，它还能实现“复读”的功能，就是可以存储任意一段音乐，并且可以即时的播放出来。

系统实现是用硬件描述语言VHDL 按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。

本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。

本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。

关键字电子琴；EDA；VHDL；音调发生；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；电子琴系统；AbstractThis system is designed using EDA technology a simple eight-note keyboard, the system clock divider based on the principle of the computer, using top-down design methodology to implement, it can be controlled through the key input audio. Multi-function keyboard is designed to be an ordinary keyboard in the original expansion on the basis of a design. The design of the keyboard in general consists of three modules, namely the keyboard soundmodules, memory modules and select the control module. Ultra high-speed hardware description language VHDL programming function of each module. Not only can realize the function of playing and playing, it can achieve "repeat" function, which can store any piece of music, and real-time play out. System implementation is to use hardware description language VHDL modular way by design, then programming, timing simulation, integration. The system features a relatively complete, there is a certain value. This paper introduces the overall design of the keyboard system, and based on high speed hardware description language VHDL in Xilinx's Spartan Ⅱ series 2sc200PQ208-5 chip programming.KeywordKeyboard; EDA; VHDL; tone occurred;field programmable logic device FPGA;ultra high-speed hardware description language VHDL; organ systems;皖西学院毕业论文设计第3页共36页目录1 引言..................................................................1.1设计的目的...........................................................1.2设计的基本内容.......................................................2 FPGA、EDA、VHDL简介....................................................2.1FPGA工作原理 ........................................................2.1.2 FPGA的基本特点....................................................2.2EDA技术...............................................................2.3硬件描述语言——VHDL ...................................................2.3.1 VHDL的简介.......................................................2.3.2 VHDL语言的特点...................................................2.3.3VHDL语言上机操作条件.............................................2.3.4 VHDL的设计流程...................................................3 音乐知识介绍............................................................4 简易电子琴设计..........................................................4.1系统设计的总思路.....................................................4.2程序设计的流程图.....................................................4.3简易电子琴的工作流程图...............................................4.4简易电子琴中各模块的设计.............................................4.4.1 乐曲自动演奏模块...................................................4.4.2 音调发生模块.......................................................4.4.3 数控分频模块.......................................................4.4.4 顶层设计...........................................................5 系统仿真.................................................................6 结束语..................................................................第3页致谢..................................................................... 参考文献................................................................. 附录.....................................................................1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。

学院：物理与信息工程学院班级：2010级信通____学生：______学号：_________老师：____基于FPGA的简易电子琴设计报告 (3)一、设计简介 (3)二、方案论述 (4)1）、基本乐理知识： (4)2）、模块方案： (4)1、数控分频部分： (4)各音阶频率对应的分频值以及初始化 (5)2、音乐节拍产生器： (5)3、键盘输入及译码模块 (6)4、音量控制模块： (7)5、数码管显示模块： (8)三、总体结构框图： (8)四、单元模块设计 (8)1、键盘输入译码模块ToneData (8)2、播放速度控制模块（包括暂停功能）： (10)3、自动演奏模块 (11)4、分频器模块（Speaker)： (14)5）、数码管显示译码模块 (15)6）、数码管动态扫描模块 (16)7、音量调节 (18)五、系统测试 (20)六、设计总结 (23)基于FPGA的简易电子琴设计报告一、设计简介本次的课程设计是围绕着可编程逻辑器件进行的，可编程器件强大的并行性能使得其能轻易实现许多顺序执行程序的功能，并且效率高得多，但由顺序执行的思想转化为并行的思维方式，并不是那么容易的。

通过这次课程设计熟悉了FPGA设计的思路与方法，为将来的进一步发展奠定了基础。

本次选择电子琴为课题，并不仅仅因为其较为简单，而是基于个人对于音频等多媒体信息处理的兴趣，希望通过此次课程设计收获些相关的知识。

本次课设设计的电子琴主要实现了以下功能：1、手动演奏功能。

共用到8个按键，其中1个为shift键，用于切换不同组的音符。

Shift置零时，其余七个按键为中音Do至Xi。

Shift置高时，其余七个按键为低音的So La Xi和高音的Do Re Mi Fa。

2、自动演奏功能。

内部可识别21个音符，rom容量为512位，字宽为5位（0~31）。

其中用0表示休止符。

1~7表示低音Do~Xi，11~17表示中音Do~Xi，21~31用于表示高音Do~Xi。

河海大学计算机与信息学院（常州）课程设计报告题目电子琴设计专业/学号电科/**********授课班号278605学生姓名马东林指导教师单鸣雷完成时间2014/01/07河海大学本科课程设计报告课程设计（报告）任务书（理工科类）Ⅰ、课程设计（报告）题目：电子琴设计Ⅱ、课程设计（论文）工作内容用FPGA器件驱动蜂鸣器演奏“茉莉花”片段。

一首乐曲包含三个要素：乐曲声音频率，发音时间的长短，停顿的时间。

按照图1乐谱，设计相应电路控制speaker信号的方波频率，某一频率持续时间长短，各频率间间隔大小，就可以推动蜂鸣器演奏乐曲。

图1 茉莉花简谱一、课程设计目标1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；2、培养学生独立编写verilog hdl 程序的能力，加深对课本知识的理解。

二、研究方法及手段应用1、将任务分成若干模块，查阅相关论文资料，分模块调试和完成任务；2、两人一组合作分工完成程序的编写和调试。

三、课程设计预期效果1、完成实验环境搭建；2、完成程序的编写和调试；3、能在实验平台上顺利演示效果用蜂鸣器播放一首音乐，并可以按键弹奏；4、锻炼学生的独立分析程序，解决问题的能力以及掌握verilog hdl 的实际应用。

学生姓名：马东林专业年级：电科/2011摘 要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话及智能仪器仪表设备。

实现方法有许多种，在众多的实现方法中，以纯硬件完成乐曲演奏，随着FPGA 集成度的提高，价格下降，EDA 设计工具更新换代，功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。

FPGA 预装了很多已构造好的参数化库单元LPM 器件，通过引入支持LPM 的EDA 软件工具，设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。

本设计由现场可编程门矩阵（FPGA ）作为控制芯片，通过VreilogHDL 硬件描述语言设计，运用自顶而下的设计思想，按功能逐层分割实现层次化的设计。

总体设计方案为先用分频电路产生不同频率方波；再利用利用数控分频器实现speaker 输出信号频率的选择，某一频率持续时间长短，各频率间间隔大小，其中方波的频率决定了音调的高低。

基于FPGA的简易触摸电子琴设计作者：崔智军刘昭元张瑜来源：《现代电子技术》2014年第22期摘要：简易触摸电子琴是以FPGA芯片作为系统控制核心，通过数控分频的原理实现音乐自动播放、琴键演奏的功能，有限状态机实现触摸控制和LCD显示驱动，再采用友晶科技的4.3寸液晶触摸显示屏（LTM）完成简易触摸电子琴模式选择控制和琴键显示控制。

在DE0⁃Nano FPGA（Altera Cyclone Ⅳ）开发板上的测试表明，所设计的低成本简易触摸电子琴可以实现触摸控制弹奏和自动播放乐曲的功能，同时具有较高的实用价值。

关键词： FPGA；电子琴；液晶显示屏；有限状态机中图分类号： TN710⁃34； TP332 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）22⁃0114⁃03Design of simple touch electronic piano based on FPGACUI Zhi⁃jun1， LIU Zhao⁃yuan2， ZHANG Yu1（1. Department of Electronics and Information Engineering， Ankang University， Ankang 725000， China；2. Xi’an ZTE New Software Co.， Ltd，Xi’an 710129， China）Abstract： The simple touch electronic piano， which takes FPGA chip as system control core， employs the principle of NC divider to achieve automatic music playing， finite state machine to realize the touch control and LCD display drive， and 4.3 inch LCD touch panel Module （LTM）of Terasic to complete a simple touch electronic piano mode selection control and key display control. The test on DE0⁃NanoFPGA （Altera Cyclone IV） development board show that the design of low⁃cost simple touch electronic piano can achieve the functions of touch control and automatic music playing， and also has high practical value.Keywords： field programmable gate array； electronic piano； liquid crystal display； finite state machine0 引言电子琴因其操作简单，且能模拟各种传统乐器的音色，而深受消费者喜欢。

课程设计任务书开题报告皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表简易电子琴的设计学生姓名：王春指导老师：郑大腾摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，它可以通过按键输入来控制音响。

多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。

该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴发声模块、存储器模块和选择控制模块。

用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。

不仅能实现弹琴和演奏的功能，它还能实现“复读”的功能，就是可以存储任意一段音乐，并且可以即时的播放出来。

系统实现是用硬件描述语言VHDL 按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。

本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。

本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。

关键字电子琴；EDA；VHDL；音调发生；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；电子琴系统；AbstractThis system is designed using EDA technology a simple eight-note keyboard, the system clock divider based on the principle of the computer, using top-down design methodology to implement, it can be controlled through the key input audio. Multi-function keyboard is designed to be an ordinary keyboard in the original expansion on the basis of a design. The design of the keyboard in general consists of three modules, namely the keyboard soundmodules, memory modules and select the control module. Ultra high-speed hardware description language VHDL programming function of each module. Not only can realize the function of playing and playing, it can achieve "repeat" function, which can store any piece of music, and real-time play out. System implementation is to use hardware description language VHDL modular way by design, then programming, timing simulation, integration. The system features a relatively complete, there is a certain value. This paper introduces the overall design of the keyboard system, and based on high speed hardware description language VHDL in Xilinx's Spartan Ⅱ series 2sc200PQ208-5 chip programming.KeywordKeyboard; EDA; VHDL; tone occurred;field programmable logic device FPGA;ultra high-speed hardware description language VHDL; organ systems;目录1 引言..................................................................1.1设计的目的...........................................................1.2设计的基本内容.......................................................2 FPGA、EDA、VHDL简介....................................................2.1FPGA工作原理 ........................................................2.1.2 FPGA的基本特点....................................................2.2EDA技术...............................................................2.3硬件描述语言——VHDL ...................................................2.3.1 VHDL的简介.......................................................2.3.2 VHDL语言的特点...................................................2.3.3VHDL语言上机操作条件.............................................2.3.4 VHDL的设计流程...................................................3 音乐知识介绍............................................................4 简易电子琴设计..........................................................4.1系统设计的总思路.....................................................4.2程序设计的流程图.....................................................4.3简易电子琴的工作流程图...............................................4.4简易电子琴中各模块的设计.............................................4.4.1 乐曲自动演奏模块...................................................4.4.2 音调发生模块.......................................................4.4.3 数控分频模块.......................................................4.4.4 顶层设计...........................................................5 系统仿真.................................................................6 结束语..................................................................致谢..................................................................... 参考文献................................................................. 附录.....................................................................1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。

基于FPGA的电子琴设计课程设计摘要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。

实现方法有许多种。

现用可编程逻辑器件（PLD）来完成该设计。

核心是一数控分频器，对输入的脉冲进行分频，得到每个音阶对应的频率，由此实现简易电子琴的发音功能。

电子琴可演奏由键盘输入的音阶，同时在数码管上显示对应音节的频率。

本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144C8芯片上编程实现；经仿真，调试基本能够达到技术指标，仿真结果基本正确。

关键词音乐译码电路模块，VHDL，数控分频，电子琴AbstractMusic performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。

The design is accomplished using a programmable logic device (PLD). The core is a numerical control frequency divider, the input pulse frequency, the frequency of each scale corresponding to the frequency, thus achieving the function of simple electronic piano. The electronic piano can be played by the keyboard input of the scale, while in the digital tube display the corresponding syllable frequency. The design based on ultra high speed hardware description language VHDL on Altera's cyclone II Series ep2c5t144c8 chip programming; the simulation and debugging can basically meet the technical indicators, and the result of simulation is correct.Keywords Music decoder circuit module，VHDL，Numerical control pointing frequency modules，electronic organ目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)2 VHDL简述及应用 (2)2.1VHDL简述 (2)2.2 VHDL的应用 (2)3 FPGA的简述 (3)3.1 FPGA的介绍 (3)3.2 FPGA的整体结构 (3)3.3 Altera公司的FPGA (3)4 电子琴演奏系统设计原理分析 (4)4.1电子琴演奏设计的基本要求 (4)4.2电子琴演奏原理 (4)4.3音名与频率的关系 (5)4.4控制音长的节拍发生器 (6)5 电子琴硬件演奏电路的层次化设计方案 (8)5.1按键控制模块 (8)5.2自动演奏模块 (8)5.3自动播放控制模块 (9)5.4数控分频模块设计 (9)5.5数码管译码显示 (10)5.6音频驱动模块 (10)结论 (11)致谢 (12)参考文献 (13)附录1 (14)附录2 (15)1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。

FPGA课程设计报告题目：简易电子琴设计及FPGA功能验证院系：专业班级：学生姓名： XX导师姓名： XX起止时间： 2012、6、18至2012、6、29一、课程设计任务：本设计一个简易电子琴，具体功能如下：1、具有手动弹奏和自动播放功能；2、以按键或开关作为电子琴的琴键，输出7个音节的音阶；3、可以自动播放曲目至少两首。

二、课程设计目的：1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；2、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境；3、学会运用Modelsim和Quartus II等编程仿真软件；4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习；三、使用环境：1、软件：Modelsim和Quartus II等编程仿真软件；2、硬件：FPGA开发板。

四、课程设计详细方案及功能验证：1、总体实现方案：1、简易电子琴的设计通过软硬件结合实现，硬件系统包括主控器芯片、9个按键、LED、蜂鸣器等，软件资源包括编写Verilog HDL程序的应用软件Modelsim和仿真软件Quartus II。

电子琴有按键代替琴键的弹奏功能和自动播放功能。

2、整个程序总共分5个模块：主模块，按键模块，曲目1模块，曲目2模块，曲目3模块。

整个方案总共用了9个按键（key1~key9），按键key1~key7作为琴键，通过这七个按键键入不同的音阶。

主模块中key8、key9两个按键用于选择是自动播放还是弹奏曲目，令mm=（key8、key9），用mm值的不同选择调用不同模块。

如果mm=00，则程序调用按键模块；如果mm=01，则调用曲目1模块，播放曲目1；如果mm=10，则调用曲目2模块，播放曲目2；如果mm11，则调用曲目3模块，播放曲目3。

本次设计的框图：2、输入输出信号描述：3、顶层划分：key1.key2.key3.key4.key5.key6.key7.key8.key94、主要模块：主模块：功能描述：是四个子模块的核心，通过主模块分别调用四个不同的子模块。

西南科技大学电工学，电子技术学生实验报告课程名称FPGA现代数字系统设计实验名称硬件电子琴电路设计姓名学号********班级电子0902指导老师评分2012年4月19日1.实验目的：1．进一步熟悉QUARTUS II软件的使用。

2．学习和熟悉时序电路的设计，仿真和硬件测试。

3.学习利用数控分频器设计硬件电子琴实验。

2.实验原理：1.主系统由3个模块组成，例1是顶层设计文件，其内部有三个功能模块（如图1所示）：Speakera.v(例4) 和ToneTaba.v (例3)，NoteTabs.v (例2)。

2.模块ToneTaba是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。

3.模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。

4.增加一个NoteTabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。

1.实验内容和步骤：1.打开桌面上的QUARTUS II 软件。

2.选择File菜单建立XULIEQI的工程(project)，参数按实验指导书设置。

由File->new,可打开下面的选项，选择Verilog HDL File，按ok继续。

在在打开的空白文档，编辑顶层模块的Verilog描述，并保存。

module songer(Clk1,Clk2,Code1,High1,Spkout);input Clk1,Clk2;output[3:0] Code1;output High1,Spkout;wire[10:0] Tone;wire[3:0] ToneIndex;wire Q1,Q2;NoteTabs u0( .Clk(Q2),.ToneIndex(ToneIndex) );ToneTaba u1( .Index(ToneIndex),.Code(Code1),.High(High1),.Tone(Tone) );Speakera u2( .Clk(Q1),.Tone(Tone),.SpkS(Spkout) );div_50 u3( .Clk1(Clk1),.Q1(Q1) );div_27 u4( .Clk2(Clk2),.Q2(Q2) );Endmodule3.由File->new,可打开下面的选项，选择Verilog HDL File，按ok继续。

西安邮电大学FPGA课程设计报告题目：简易电子琴设计及FPGA功能验证院系：电子工程学院专业班级：学生姓名：导师姓名：黄海生起止时间： 2012-6-18 至 2012-6-292012年 6 月29 日目录1.任务 (2)2.目的 (2)3.使用环境 (2)4.FPGA课程设计详细内容 (2)4.1 技术规范 (2)4.1.1 总体描述 (2)4.1.2 结构框图.............................................................. 错误！未定义书签。

4.1.3 引脚描述.............................................................. 错误！未定义书签。

4.1.3 应用范围 (5)4.2 设计方案 (5)4.2.1 顶层方案设计 (5)4.2.2 顶层模块程序 (7)4.3 功能验证方案及源程序 (7)4.3.1按键输入控制模块方案设计及源程序 (7)4.3.2控制模块方案设计及源程序 (8)4.3.3LCD驱动模块方案设计及源程序 (11)4.4 电路设计及功能仿真报告 (30)4.5 综合及布局布线报告和引脚分布报告 (21)4.6 硬件测试结果报告 (21)5.课程设计的心得体会 (22)6.参考资料 (22)1．任务：a、设计一个简单电子琴。

（内置2~4首简单音调曲）b、用FPGA开发板的按键可选择演奏内置曲调，用数码管显示当前演奏的哪个演奏曲目或停止。

c、要求电子琴具有自主选择，自动播放所选曲目或停止曲目。

2．目的：a、在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解 EDA技术，掌握Verilog HDL 硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的 Verilog HDL 语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识；b、深入学习Verilog H DL、FPGA，了解其编程环境；c、学会运用Modelsim和Quartus II等编程仿真软件；d、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL、FPGA的学习；3．使用环境(软件/硬件环境，设备等)软硬件环境：软件：Quartus II 7.2, Modelsim6.1；硬件环境：DEII开发板；设备：PC一台，USB下载线，FPGA开发板及电源。

fpga电子琴课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握FPGA的基本原理和电子琴的基础知识；2. 学习并理解电子琴的音阶产生原理和演奏方法；3. 了解数字信号处理在电子琴中的应用。

技能目标：1. 学会使用FPGA设计电子琴的硬件电路；2. 能够编写Verilog或VHDL代码实现电子琴的音阶发生器；3. 掌握电子琴演奏的基本技巧，并能够通过FPGA实现简单的乐曲演奏。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子琴和FPGA技术的好奇心和探索精神；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通协作能力；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程实践习惯。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识与实际操作，使学生能够在实践中掌握FPGA电子琴的设计与制作。

学生特点：学生具备一定的电子技术和编程基础，对FPGA和电子琴有一定了解，但实践经验不足。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，培养学生解决实际问题的能力。

通过课程学习，使学生能够独立完成FPGA电子琴的设计与制作，提高其综合素质。

教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 电子琴基础知识：介绍电子琴的原理、结构和演奏方法，包括音阶产生、音色合成等。

教材章节：《数字电子技术》第6章“数字信号处理基础”2. FPGA原理与应用：讲解FPGA的基本原理、硬件描述语言（Verilog/VHDL）编程和应用实例。

教材章节：《FPGA原理与应用》第1章“FPGA概述”、第3章“Verilog/VHDL编程基础”3. 电子琴硬件设计：学习电子琴硬件电路设计，包括键盘输入、音阶发生器、音色控制等。

教材章节：《电子电路设计》第4章“数字电路设计”4. 电子琴软件编程：编写Verilog或VHDL代码实现电子琴的音阶发生器、音色控制等功能。

教材章节：《FPGA原理与应用》第5章“数字信号处理与应用”5. 电子琴系统集成与测试：介绍如何将硬件和软件结合，进行系统集成与测试，确保电子琴功能的实现。

基于FPGA的简易电子琴的设计与制作学生班级：XXX学生学号：XXXXXXXXXXX学生姓名：XX时间： 201X年X月XX日目录一、设计任务及要求 (3)1.课题题目 (3)2.要求 (3)二、设计内容 (3)1.课题分析 (3)2.系统方案选择 (3)（1）频率产生电路 (3)（2）优先选择电路或者合成电路 (4)三、电路设计及计算 (4)1.DE2简介 (4)2.各音调所对应分频次数 (7)3.电路模块介绍 (7)（1）晶振电路 (7)（2）分频电路 (7)（3）音调选择电路 (8)四、仿真及结果分析 (8)五、设计总结 (9)一、设计任务及要求1.课题题目：基于FPGA的简易电子琴的设计与制作2.要求(1)制作一个简单的电子琴，通过按下不同的按键，电子琴能发出七种不同的音调。

电子琴发出声音的频率与七种音调的频率相近，且能清晰的听到这七种音调。

(2)当同时按下两个及以上的按键时，电子琴能根据选择或者是合成几种音调发出一种声音。

(3)学习使用quartus II以及了解DE2开发板，对FPGA有一定的了解。

二、设计内容1.课题分析由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了。

音调主要由声音的频率决定，乐音（复音）的音调更复杂些，一般可认为主要由基音的频率来决定，也即一定频率的声音对应特定的乐音。

因此，要实现电子琴，就应该设计能输出这七种频率的电路，通过开关来控制输出电路的种类。

当出现两个及以上开关闭合时，电子琴的内部电路能够合成这几种音调或者是通过选择来发出音调。

2.系统方案选择（1）频率产生电路：方案一：采用一个555集成定时器组成简易电子琴。

整个电路由主振荡器，颤音振荡器，扬声器和琴键按钮等部分组成。

主振荡器由555定时器，电阻，按键及电容组成。

555电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中的RC元件的数值进行改变。

基于FPGA的电子琴设计电子琴由于操作相对比较简单，并且能够模拟几乎所有传统乐器的音色，因而深受广大消费者的喜爱。

近年来，在数字系统的设计领域融入了一种新型的设计技术：数字系统设计的自动化技术EDA（Electronic Design Automation）。

该技术优越之处在于系统设计的效率高、保密性强、集成度好、易于修改和实现等。

因此，一跃成为当下数字系统设计领域的主流技术，并被越来越广泛地应用到相关领域中，其中，被应用到电子琴的设计与实现中去就是一个相当重要的尝试及应用。

本文所设计的电子琴基于一种可编程逻辑控制器件：FPGA（Field Programmable Logical Device）芯片，首先采用Visual Basic来设计上位机琴键的控制界面程序，再利用VHDL硬件描述语言设计系统的核心部件（演奏电路）以及配合使用一些适当和必要的外围电路，并且，核心部件的模块通过QUARTUS II这个平台，自顶而下地进行下载到Altera芯片上，其中，上位机经RS232串行口能够直接和FPGA进行通信，从而完成数据的交换工作。

该演奏电路由琴键控制界面直接进行音调的输入，并通过RS232的通信方式来控制从而可以发出DO、RE、MI等共计8个音调，经由蜂鸣器出声，顺利行使完成演奏功能。

可从琴键上手动直接进行演奏各种电路，亦可自动开始乐曲演奏，而且能够模拟笛子、小号、风琴、单簧和双簧等传统乐器。

同通常所见到的电了琴的设计一样，该电子琴采用总计61个按键，共划分为5个音区，每个音区包含12个琴键，即7个白色的琴键与5个黑色的琴键（为半音键），在进行演奏的时候能够动态显示各音名。

1 系统设计为了使电子琴的演奏电路完美实现8个音键的控制和顺利播放已经编好的音乐，对系统的设计就应有所要求。

根据各个音调的频率差异来实现当演奏者按不同的音键时从而发出的声音又了差别。

当八位发声控制键的输入中有一位是高电平时，那么，对应这一音阶其初始计数值被作为获得此音阶分频的预置值而将送至预制数计数器，而后预制数计数器就会输出相应的频率，同时输出的还有对应音阶简谱的显示代码，然后，该频率通过二分频器被送至扬声器，在扬声器处能够发出相对应该音符的声音，与此同时，该音名将显示在数码管上。

西南科技大学电子专业综合设计报告设计名称：基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现姓名：学号:班级：指导教师：起止日期： 2013年11月22日-2013年12月10 日西南科技大学信息工程学院制综合设计任务书学生班级：电子1001 学生姓名：学号：设计名称：基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现起止日期：2013.11.22-2013.12.10 指导教师：综合设计学生日志基于FPGA的多功能电子琴的设计与实现摘要：随着科学技术的日新月异，人们的生活也在发生在变化，电子产品也随之增多，比如现在流行的电子琴，已经逐渐代替了曾经的手动风琴了。

文章中所介绍的多功能电子琴的设计在Quartus II平台上，采用Verilog HDL 语言和模块化的设计方法，设计出一个能够通过按键控制不同的音符，同时也可以通过按键进行演奏已经存储的曲子的多功能电子琴。

本系统主要由五个个模块组成：顶层模块，曲目1模块，曲目2模块，按键模块，曲目循环播放模块。

关键词: FPGA；电子琴； Verilog HDL；音符FPGA-based design and implementation of multi-organAbstract：With the development of science and technology, also occurs in people's lives change, electronic products also increase, such as the now popular organ, has replaced the former manual organ. Multifunction keyboard design as described in the article on the Quartus II platform, using Verilog HDL language and modular design method, design a button control through different note, you can also play music already stored by keys multifunction keyboard. The system consists of five modules: the top-level module, a module tracks, track 2 modules, key module, track loop module.Key words: FPGA, Keyboard, Verilog HDL, Note一、设计目的和意义目的：1.1、在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解 EDA技术，掌握 Verilog HDL 硬件描述语言的设计方法和思想；1.2、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；1.3、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境；1.4、学会运用Quartus II等编程仿真软件；1.5将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习。

基于FPGA的电子琴制作.[大全5篇]第一篇：基于FPGA的电子琴制作.基于FPGA的电子琴制作【摘要】文章介绍了基于FPGA的电子琴的工作原理和设计过程。

用Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C16F484C6N芯片为核心器件，通过超高速硬件描述语言VHDL，在QuartusⅡ9.0平台上，实现了电子琴的手动弹奏和自动演奏功能。

本系统主要由音乐输入模块（music.vhd），音调发生模块(tone.vhd)和音频播放模块(speaker.vhd)组成。

拨动开关选择手动弹奏模式时，通过拨动音符开关和音调选择后就会选择相应的频率输出；拨动开关选择自动演奏模式时，音乐输入模块会将编写好的音乐简谱依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。

音频播放模块由分频器来实现，可产生21个频率，分别为低中音各7个音符，通过喇叭发出声音。

【关键词】FPGA ；QuartusⅡ ；VHDL ；电子琴;音符目录第一章引言 1.1 课题解析1.2 VHDL语言与QuartusⅡ环境简介1.2.1 VHDL语言简介1.2.2 QuartusⅡ环境简介第二章原理分析2.1 电子琴设计原理 2.2 系统设计的主要组成部分第三章硬件设计3.1 现场可编程门阵列FPGA简介 3.2 按键模块及其功能 3.3 显示模块及其功能第四章软件设计4.1 系统的流程4.2 设计模块 4.2.1音乐输入模块（music.vhd）4.2.2音调发生模块(tone.vhd)4.2.3音频播放模块(speaker.vhd)第五章软硬件的系统测试第六章心得体会6.1实验中遇到的问题和解决过程 6.2 电子琴的进一步改进计划附录Ⅰ 各个模块程序以及顶层原理图附录Ⅱ 内置音乐简谱第一章引言电子琴作为音乐与科技的产物，在电子化和信息化的时代，为音乐的大众化做出了很大的贡献，歌曲的制作大多数都要由电子琴来完成，然后通过媒介流传开来，电视剧和电影的插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。

基于FPGA的简易电子琴的设计..学校代码：学号：本科毕业设计说明书题目：基于FPGA的简易电子琴的设计学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：摘要我们都知道的当物体在振动或者在晃动的时候，能够发生声音。

并且如果振动的频率不同，而物体发出的声音就不同，因此音调也会不同。

在简易的电子琴的设计时候虽然没有振动的物体，比如簧，管，弦等，但是电子琴的内部却有很多电子类的装置，而这些电子类的装置只要开始工作就能使扬声器发出像振动的物体那样发出不同的声音。

当按动某个琴键，就会是相应的电子装置工作,从而使扬声器发出不同的音调。

本系统是采用EDA技术设计的一个简易电子琴，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，它可以通过按键输入来控制扬声器，同时也可以有自动播放歌曲的功能。

该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是控制输入电路，FPGA和扬声器电路。

用超高速硬件描述语言VHDL 编程可以实现各个模块的功能。

可以实现按键的输入和自动演奏的功能，同时可以即时的播放出来关键词：EDA；VHDL；FPGA；电子琴系统AbstractWe all know that when the vibration of an object that can happen to sound.And the frequency of the vibration is different, the object the sound is different, the tone will be different.Simple design of the keyboard when the vibrating object.Such as reed, tube, string, etc., but the keyboard's internal has a lot of electronic devices.These electronic devices to work can make the speakers like the vibration of objects that make different sounds.When pressing a key, the corresponding electronic devices work, so that speakers of different tones.This system is designed using EDA technology a simple eight- 学号：本科毕业设计说明书题目：基于FPGA的简易电子琴的设计学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：摘要我们都知道的当物体在振动或者在晃动的时候，能够发生声音。