用QuartusII設(shè)計(jì)電子琴課件

電子琴設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)八音電子琴。由鍵盤輸入控制音響，同時(shí)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(shí)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(zhǔn)頻率進(jìn)行分頻，得到與各個(gè)音階對應(yīng)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(gè)樂曲曲譜真值表，由一個(gè)計(jì)數(shù)器來控制此真值表的輸出，而由計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號作為樂曲節(jié)拍控制信號。模塊設(shè)計(jì)

1.頂層模塊的設(shè)計(jì)2.自動演奏模塊(automusic)的設(shè)計(jì)3.音調(diào)發(fā)生器(tone)模塊的設(shè)計(jì)4.數(shù)控分頻模塊（speaker）的設(shè)計(jì)1.頂層模塊的設(shè)計(jì)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(gè)模塊組成。其中樂曲演奏部分又包括了鍵盤編碼。設(shè)置一個(gè)自動演奏/鍵盤輸入切換auto，即當(dāng)auto=“0”時(shí)，選擇自動演奏音樂存儲器里面的樂曲，auto=“1”時(shí)，選擇鍵盤輸入的信號。頂層設(shè)計(jì)原理圖2.自動演奏模塊(automusic)的設(shè)計(jì)音樂存儲模塊的作用是產(chǎn)生8位發(fā)聲控制輸入index。當(dāng)auto為“0”時(shí)，由存儲在此模塊中的8位二進(jìn)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(gè)進(jìn)程，首先是對時(shí)基脈沖進(jìn)行分頻得到4Hz的脈沖，作為第二個(gè)進(jìn)程的時(shí)鐘信號，它用來控制每個(gè)音階之間的停頓時(shí)間，1/4=0.25s；第二個(gè)進(jìn)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(shè)計(jì)音調(diào)發(fā)生器的作用是產(chǎn)生獲得音階的分頻預(yù)置值。當(dāng)8位發(fā)聲控制輸入index中的某一位為高電平時(shí)，則對應(yīng)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(yù)置值，分頻預(yù)置值控制數(shù)控分頻器來對4MHz的脈沖進(jìn)行分頻，由此可得到每個(gè)音階對應(yīng)的頻率。例如輸入index=“00000010”，即對應(yīng)的按鍵是2，產(chǎn)生的分頻系數(shù)便是6809；code輸出對應(yīng)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(shè)計(jì)數(shù)控分頻模塊對時(shí)基脈沖進(jìn)行分頻，得到與1、2、3、4、5、6、7七個(gè)音符對應(yīng)頻率。該模塊的VHDL程序中包含了三個(gè)進(jìn)程。首先對FPGA的32MHz的時(shí)基脈沖進(jìn)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(gè)進(jìn)程的作用是在音調(diào)輸出時(shí)再進(jìn)行二分頻，將脈沖展寬，使揚(yáng)聲器有足夠發(fā)聲功率。電子琴程序設(shè)計(jì)與仿真電子琴程序設(shè)計(jì)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：2004.3.20libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitytopisPort(clk32MHz:instd_logic;--32MHz系統(tǒng)時(shí)鐘

handTOauto:instd_logic;--鍵盤輸入/自動演奏code1:outstd_logic_vector(6downto0);--音符顯示信號index1:instd_logic_vector(7downto0);--鍵盤輸入信號high1:outstd_logic;--高低音節(jié)信號

spkout:outstd_logic);--音頻信號endtop;architectureBehavioraloftopiscomponentautomusicPort(clk:instd_logic;Auto:instd_logic;index2:instd_logic_vector(7downto0);index0:outstd_logic_vector(7downto0));endcomponent;componenttonePort(index:instd_logic_vector(7downto0);code:outstd_logic_vector(6downto0);high:outstd_logic;tone0:outintegerrange0to2047);endcomponent;componentspeakerPort(clk1:instd_logic;tone1:inintegerrange0to2047;

spks:outstd_logic);endcomponent;signaltone2:integerrange0to2047;signalindx:std_logic_vector(7downto0);beginu0:automusicport

map(clk=>clk32MHZ,index2=>index1,index0=>indx,Auto=>handtoAuto);u1:toneportmap(index=>indx,tone0=>tone2,code=>code1,high=>high1);u2:speakerportmap(clk1=>clk32MHZ,tone1=>tone2,spks=>spkout);endBehavioral;（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。libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitytoneisPort(index:instd_logic_vector(7downto0);--音符輸入信號code:outstd_logic_vector(6downto0);--音符顯示信號high:outstd_logic;--高低音顯示信號tone0:outintegerrange0to2047);--音符的分頻系數(shù)endtone;architectureBehavioraloftoneisbeginsearch:process(index)--此進(jìn)程完成音符到音符的分頻系數(shù)譯碼，音符的顯示，高低音階begincaseindexiswhen"00000001"=>tone0<=773;code<="1001111";high<='1';when"00000010"=>tone0<=912;code<="0010010";high<='1';when"00000100"=>tone0<=1036;code<="0000110";high<='1';when"00001000"=>tone0<=1116;code<="1001100";high<='1';when"00010000"=>tone0<=1197;code<="0100100";high<='1';when"00100000"=>tone0<=1290;code<="0100000";high<='0';when"01000000"=>tone0<=1372;code<="0001111";high<='0';when"10000000"=>tone0<=1410;code<="0000000";high<='0';whenothers=>tone0<=2047;code<="0000001";high<='0';endcase;endprocess;endBehavioral;（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(shí)現(xiàn)數(shù)控分頻。--最后修改日期：20004.3.19。libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityspeakerisPort(clk1:instd_logic;--系統(tǒng)時(shí)鐘tone1:inintegerrange0to2047;--音符分頻系數(shù)spks:outstd_logic);--驅(qū)動揚(yáng)聲器的音頻信號endspeaker;architectureBehavioralofspeakerissignalpreclk,fullspks:std_logic;beginpulse1:process(clk1)--此進(jìn)程對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行4分頻variablecount:integerrange0to8;beginifclk1'eventandclk1='1'thencount:=count+1;ifcount=2thenpreclk<='1';

elsifcount=4thenpreclk<='0';count:=0;endif;endif;endprocesspulse1;genspks:process(preclk,tone1)--此進(jìn)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variablecount11:integerrange0to2047;Beginifpreclk'eventandpreclk='1'thenifcount11<tone1thencount11:=count11+1;fullspks<='1';elsecount11:=0;fullspks<='0';endif;endif;endprocess;delaysps:process(fullspks)--此進(jìn)程對fullspks進(jìn)行2分頻variablecount2:std_logic:='0';beginiffullspks'eventandfullspks='1'thencount2:=notcount2;ifcount2='1'thenspks<='1';elsespks<='0';endif;endif;endprocess;endBehavioral；（數(shù)控分頻模塊仿真圖）4.自動演奏模塊程序與仿真--文件名：automusic.vhd--功能：實(shí)現(xiàn)自動演奏功能。--最后修改日期：2004.3.19。libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entityautomusicisPort(clk,Auto:instd_logic;--系統(tǒng)時(shí)鐘；鍵盤輸入/自動演奏index2:instd_logic_vector(7downto0);--鍵盤輸入信號index0:outstd_logic_vector(7downto0));--音符信號輸出endautomusic;architectureBehavioralofautomusicissignalcount0:integerrange0to31;--changesignalclk2:std_logic;beginpulse0:process(clk,Auto)--此進(jìn)程完成對系統(tǒng)時(shí)鐘8M的分頻，得到4Hz的信號clk2variablecount:integerrange0to8000000;beginifAuto='1'thencount:=0;clk2<='0';

elsif

clk'eventandclk='1'thencount:=count+1;ifcount=4000000（4）thenclk2<='1';

elsifcount=8000000（8）thenclk2<='0';count:=0;endif;endif;endprocess;music:process(clk2)--此進(jìn)程完成自動演奏部分曲的地址累加beginifclk2'eventandclk2='1'thenifcount0=31thencount0<=0;elsecount0<=count0+1;endif;endif;endprocess;com1:process(count0,Auto,index2)beginifAuto='0'thencasecount0is--此case語句：存儲自動演奏部分的曲when0=>index0<="00000100";--3when1=>index0<="00000100";--3when2=>index0<="00000100";--3when3=>index0<="00000100";--3when4=>index0<="00010000";--5when5=>index0<="00010000";--5when6=>index0<="00010000";--5when7=>index0<="00100000";--6when8=>index0<="10000000";--8when9=>index0<="10000000";--8when10=>index0<="10000000";--8when11=>index0<="00000100";--3when12=>index0<="00000010";--2when13=>index0<="00000010";--2when14=>index0<="00000001";--1when15=>index0<="00000001";--1when16=>index0<="00010000";