用Quartus_II设计电子琴

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的简易电子琴实现李全摘要本系统是采用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，分别是电子琴音调发生器模块、数控分频模块和自动演奏模块。

用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。

能够实现弹琴和自动演奏的功能。

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；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；音调发生；数控分频；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。

对于广大老百姓来说，电子琴可以说已经不再是什么“新鲜玩意”了，它现在作为一种休闲和娱乐的产品早就推出市面，面向百姓，进入了我们的生活。

作为一个电子信息科学与技术专业的学生，了解这些电子产品的基本的组成和设计原理是十分必要的，我们学习过了计算机组成的理论知识，而我所做的课程设计正是对我学习的理论进行实践和巩固。

本设计主要介绍的是一个用超高速硬件描述语言VHDL设计的一个具有若干功能的简易电子琴；集科学性，先进性，创新性，实用性于一体，其理论基础源自于计算机组成原理的时钟分频器。

1.1 设计的目的本次设计的目的就是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VHDL硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的VHDL 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，例如本课程设计就是基于所学的计算机原理中的时钟分频器和定时器的基础之上的，通过本课程设计，达到巩固和综合运用计算机原理中的知识，理论联系实际，巩固所学理论知识，并且提高自己通过所学理论分析、解决计算机相关的实际问题的能力。

基于EDA的简易电子琴设计鲍亚文（安庆师范大学物理与电气工程学院安徽安庆 246011）指导老师：郑江云摘要：本设计是一个简易的七音符电子琴，该电子琴可以通过按键输入来控制音调，也可对预置乐曲的自动演奏，同时由数码管显示即时音符。

系统的实现是基于EDA技术，在Quartus软件平台上，借助FPGA目标器件，用硬件描述语言Verilog HDL进行编程并仿真验证。

本设计中的电子琴可操作性好，音符显示直观，声音优美。

关键词：电子琴,电子设计自动化,Verilog HDL语言引言科技发展的日新月异，催生了一系列新奇实用的电子产品。

在这些电子产品中，电子琴早已成为电子乐器行列中的重要一员。

电子琴是人类仿制常规乐器的代表之一，其发明问世极大地丰富了人们的听觉感受，推动了音乐的普及和发展。

在信息化与电子化交织的今天，电子琴作为社会科技与文明的产物，正扮演着音乐领域中不可或缺的角色。

EDA技术的快速发展和成熟，FPGA等数字可编程器件的出现和进步，基于EDA技术的设计也变得愈加简单可行。

基于EDA技术的设计不仅系统可靠性较高，而且能实现较为复杂的功能。

运用EDA软件可方便地在计算机平台上实现设计与仿真，本设计中的电子琴便是基于EDA技术，运用Verilog HDL 语言设计完成的。

1 EDA概述与音乐知识1.1 EDA技术1.1.1 EDA的发展EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)可以认识为在计算机工作平台上，以EDA 软件为开发环境，以PLD器件或ASIC专用集成电路为目标器件来设计实现电路系统的一门技术。

EDA 技术在逐渐进步，其大致经历了3个发展阶段：CAD阶段（20世纪70年代至80年代初）、CAE阶段（20世纪80年代初至90年代初）、EDA阶段（20世纪90年代以后）。

[1]EDA技术在进入21世纪后，得到了不小的进步和发展，突出表现在以下几个方面：[2](1)不断推出在仿真验证和设计两方面都支持标准硬件描述语言的EDA软件，功能更加强大且验证更加高效；(2) EDA技术使得电子设计成果以自主知识产权(IP)的方式予以确认，提高了设计成果的可重用性；(3)EDA技术使得电子领域各学科之间的界限更加模糊，互为包容，如模拟和数字、软件和硬件、系统和器件、ASIC和FPGA等；(4)SoPC（可编程芯片系统）进入实用化阶段；(5)高速数字信号处理算法可基于FPGA的DSP技术实现。

基于FPGA的简易电子琴的实现作者：卢婷来源：《环球市场信息导报》2014年第11期该文采用VHDL语言为硬件描述语言，Quartus II作为程序运行平台，在FPGA芯片上将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，实现了具有音乐自动播放和键盘演奏的功能。

一、系统结构框图图1是整个系统的结构框图。

整个系统具备两个主要功能：键盘演奏和音乐的自动播放，可以通过按键开关来实现切换音乐自动播放还是键盘演奏功能。

图1 系统结构框图二、主要模块设计分频器模块。

整个系统的工作需要多个频率的信号。

其中第一个分频器的主要目的是获得4HZ的频率用来产生最小音乐节拍，通过改变这个分频器的分频系数就可以改变最小音乐节拍。

这里要注意的是，如果改变了最小音乐节拍，则音符存储电路中音符的存储以及琴键音符查表电路中琴键节奏的读取都要做相应的改变。

对该模块进行编译仿真得到仿真图如图2所示。

图2 分频器模块仿真图音符产生电路模块。

该模块的作用是产生各音符的分频预置值。

根据各音名与频率的关系以及声音输出控制模块（speaker模块）中数控分频器的设计，分别计算出高音区、中音区、低音区不同音符的分频预置值，程序中Index为AUTOMUSIC模块传人的音符编码，high0，med0，low0为AUTOMUSIC模块传入表示音符所处音区，如high0=‘1’表示音符处于高音区；low0=‘1’表示音符处于低音区；程序中Tone为输出音符分频预置值，因最大的预置数为6668，为节省硬件资源及提高系统运行速度，将T0ne取值范围定为0～16#lE00#；high，med，low输出音符所处音区，接外电路的发光二极管，高电平有效；CODE端口接数码管，输出音符的显示数码。

音符存储模块。

音符存储模块是音乐自动播放中的乐谱查表和音乐节拍控制电路，它决定了当前输出哪一个音符以及该音符的持续时间。

可以在其中设置一个二进制加法计数器作为音符ROM的地址发生器，这个计数器的位数与用来记录音符的ROM空间有关，如果用了256个ROM单元，则位数就是8；计数频率就是通过12MHZ分频过来的4HZ，这样在每一计数值上的停留时间为1/4秒，也就是一个最小音乐节拍。