簡易電子琴的HDL仿真與實現

VHDL設計與實現一.設計課題與任務要求：設計制作一個簡易電子琴演奏器。原理概述：依據聲樂學問，產生音樂的兩個因素是音樂頻率的持續(xù)時間，音樂的十二平均率規(guī)定，每兩個八音度之間的頻率相差一倍，在兩個八音度之間，又可分為12個半音。每兩個半音的頻率比為4。另外，音名A〔樂譜中的低音6〕的頻率為440HZ，音名B到C之間，E到F之間為半音，其余為全音。由此可以計算出樂譜中從低音1到高音1之間每個音名的頻率如下表所示。表1簡譜中的音名與頻率的關系音名頻率〔Hz〕音名頻率〔Hz〕音名頻率〔Hz〕低音1261.63中音1523.25高音11046.50低音2293.67中音2587.33高音21174.66低音3329.63中音3659.25高音31318.51低音4349.23中音4698.46高音41396.92低音5391.99中音5783.99高音51567.98低音6440中音6880高音61760低音7493.88中音7987.76高音71975.52根本要求：1 2 3 4 5 6 71、用8×8點陣顯示“1234567”七個音符構成的電子琴鍵盤。其中點陣的第一列用一個D1D示。1 2 3 4 5 6 7圖12、用BTN1～BTN7七個按鍵模擬電子琴手動演奏時的“1234567”七個音符。當某BTN3圖23、 由撥碼開關切換選擇高、中、低音，并用數碼管進展相應的顯示。4、 通過按鍵BTN0進展復位，把握點陣顯示圖1的初始狀態(tài)。提高要求：1、 可通過一個撥碼開關進展手動/自動演奏的切換，并與點陣顯示協(xié)作增加自動演奏樂曲的功能。2、 增加手動演奏的音符存儲、播放功能。二．系統(tǒng)設計〔包括設計思路、總體框圖、分塊設計〕設計思路說明：電子琴的設計包括七個模塊：彈奏模塊keyplay、自動演奏模塊autoplay、tablefenpinstore、七段數碼管顯示模seg7lattice。彈奏模塊keyplay依據按鍵動作key，和高中低模式選擇mode產生指示音調index_key。autoplay50MHzindex_auto。storestore1index_key，并將其傳index_store，作為錄音存儲的數據。查表及顯示模塊 table依據按鍵 button，replay選擇承受 index_key或查分頻系數表輸出分頻系數tone對于tone的編碼，承受了五位編碼方式，高2位存儲高中低音對應的11、01、00編碼，低3位存儲相應輸入音調對應的二進制編碼。buzz7nyindex_autoindex_store，分別對應不同的數碼管顯示輸出。點陣的顯示模塊lattice依據對應的按鍵button，replay選擇承受index_key或index_autoindex_store，分別對應不同的數碼管顯示輸出。這樣可以保證在不同的模式下點陣以及數碼管都可以對應顯示輸出?？傮w框圖與流程圖12分塊設計系統(tǒng)總體設計：3Keyplay7所使用。autoplay把50MHz的輸入時鐘分頻為 16Hz，作為節(jié)拍。將要自動演奏的歌曲預先寫為index_auto的格式〔index_auto格式與index_key格式一樣。以16Hz的頻率將index_auto輸出。這里需要用到計數器，此計數器的長度由演奏的歌曲長度而定。5autoplaytablebutton,replaybuttonbutton1replay0index_autoxn為0且y為0則把yn0且1index_storeindextone，輸出。index6tablefenpintone。設置內部信號i用于計數，clk_data作為分頻結果。,每次clk上升沿檢測itoneiclk_datai1。clk_databuzzbuzz7fenpin(1buttonreplayindex_keyindex_autoindex_storeindex(1)index圖8seg7模塊設計數碼管模塊設計：(1buttonreplayindex_keyindex_autoindex_storeindex(1)index9latticereplay應的播放。10storelattice這里我只選擇性地選取了鍵盤輸入的對應點陣顯示，首先鍵盤輸入時button信號為低電平，所以可以從仿真圖中看到button信號為低電平，且此時的復位信號無效，為低電平，此時key輸入信號有效。在對應的時鐘時鐘信號輸入下，當鍵盤輸入信號key對應相應的輸入時，點陣的行列也會有對應的應下一行的低電平輸出。而對應列掃描，依據key輸入的狀況，分別對應列掃描的電平輸出。dolie11011111，row01100000。fenpin可以看到，2〔tone+1〕代表的是分頻系數，所以對應仿真如上圖有，當tone02buzztone2〔1。所以在計算每個音調對應的頻率時，使用1。Keyplay如圖，對應著不同的keymodeindex_key。比方mode=00,key=0000001時，有index_key譯碼為00001，mode=00，key=0001000index_key00100autoplay可以看出，對應前三個節(jié)拍的為音調mi，接下來有一拍的停頓，接下來又是三mijunglebellsauto-playstore有對應的賦值，表示有效的按鍵信息已經被存儲?？梢钥吹揭罁謩愉浫氲膇ndex-key 情況，對應 replay 時的 index_store 輸出分別為10001,10110,01011……Seg7如圖所示，對應的 cat 輸出為時鐘掃描信號，所著時鐘變化，cat0,cat1,cat2,cat3,cat4,cat5依次消滅低電平，表示對應的選通管有效，而依據輸入的key而變，可以看到，對應mi的輸入的時候，恰好可以顯示數碼管上的3字樣。四、源程序〔要有注釋〕electrorgan.vhl--頂層文件libraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;entityelectrorganis--作為頂層文件，它包含實現功能用到的全部端口port(clk:instd_logic;key:instd_logic_vector(6downto0);mode:instd_logic_vector(1downto0);cat:outstd_logic_vector(5downto0);clr:instd_logic;button:instd_logic;replay:instd_logic;spkout:outstd_logic;store1:instd_logic;Atop:OUTstd_logic;Btop:OUTstd_logic;Ctop:OUTstd_logic;Dtop:OUTstd_logic;Etop:OUTstd_logic;Ftop:OUTstd_logic;Gtop:OUTstd_logic;lietop:outstd_logic_vector(7downto0);--列endelectrorgan;architecturebehaveofelectrorganiscomponentautoplay--這里聲明白頂層文件中包含的各模塊clr:instd_logic;endcomponent;componentstoreisclk:instd_logic;clr:instd_logic;replay:instd_logic;endcomponent;componentfenpinport(clk:instd_logic;buzz:outstd_logic);endcomponent;componentlatticeport(clk:instd_logic;lie:outstd_logic_vector(7downto0);--列index_auto:instd_logic_vector(4downto0);clr:instd_logic;replay:instd_logic;button:instd_logic);Endcomponent;index_key:i