簡易電子琴實訓報告

1、葬PGAt字系統(tǒng)設(shè)計項目項目名稱： 基于VHDLI勺簡易電子琴姓名:院系:專業(yè):學號:指導教師：完成時間：2012 年6月20日基于FPGA勺數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計項目成績評價表設(shè)計題目基于VHDL的簡易電子琴設(shè)計要求1）設(shè)一個簡易電子琴；2）利用實驗箱的脈沖源產(chǎn)生1, 2, 3,00 0共7個或14個首階信號；3）用指示燈顯示節(jié)拍；4） *能廣生顫首效果。設(shè)計過程米用現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA制作，利用EDAJC件中的VHDL 硬件描述語言編程進行控制，然后燒制實現(xiàn)。采用的是現(xiàn)場可編程邏輯器件來實現(xiàn)，它的優(yōu)點是所有電路集 成在一塊芯片上，此方案所需的外圍電路簡單，這樣它的體積就 減少了，同時還提高r

2、系統(tǒng)的穩(wěn)定度。由設(shè)叱把編好VHDL程序燒制到現(xiàn)場可編程邏輯器件 FPG仲, 然后通過控制輸入電路把樂譜輸入到FPGA產(chǎn)生/、同的頻率驅(qū)動揚聲器，發(fā)出/、同的樂譜。同時也把發(fā)出的樂譜符號通過顯示 器輸出。項目設(shè)計 成績評價評價項目指標滿分評分工作量、工 作態(tài)度和 出勤率按期圓滿的完成了規(guī)定的任務(wù)，難易程 度和工作量符合教學要求，工作努力， 遵守紀律，出勤率高，工作作風嚴謹， 善于與他人合作。30課程設(shè)計項目設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)合理，設(shè)計過程簡練 正確，分析問題思路清晰，結(jié)構(gòu)嚴謹， 文理通順，撰寫規(guī)范，圖表完備正確。40創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識，對前人工作什-些 改進或有一定應(yīng)用價值。15答辯能正確回答指導教

3、師所提出的問題。15綜合成績等級指導教師:月日1項目名稱、內(nèi)容與要求設(shè)計內(nèi)容4頁具體要求 4頁2 系統(tǒng)整體架構(gòu)(Architecture Description ) 4 頁設(shè)計思路4頁系統(tǒng)原理(包含：框圖等闡述)與設(shè)計說明等內(nèi)容-4頁創(chuàng)新點與原創(chuàng)性內(nèi)容5頁3系統(tǒng)設(shè)計(含HDW原理圖輸入設(shè)計) 5頁注：此部分包含主要邏輯單元、模塊、源代碼等內(nèi)容HDL代碼 5頁系統(tǒng)整體電路圖(或 RTL級電路圖) 7頁4 系統(tǒng)仿真(Simulation Waveform ) 7頁5 FPGA現(xiàn)(FPGA Implementation ) 9頁6 總結(jié)(Closing ) 10頁參考書目(Reference ) :

4、 11頁附錄 (Appendix) : 12頁1、 項目名稱、內(nèi)容與要求1.1 設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一個簡易的八音符電子琴，它可通過按鍵輸入來控制音響。具體要求：1、設(shè)計一個簡易電子琴；2、利用實驗箱的脈沖源產(chǎn)生1, 2, 3,ooo共7個或14個音階信號；3、用指示燈顯示節(jié)拍；4、*能產(chǎn)生顫音效果。2、系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計思路本課程設(shè)計目的在于靈活運用 ED儆術(shù)編程實現(xiàn)一個簡易電子琴，它要求 在實驗箱上構(gòu)造一個電子琴電路，不同的音階對應(yīng)不同頻率的正弦波。 按下每個 代表不同音階的按鍵時，能夠發(fā)出對應(yīng)頻率的聲音系統(tǒng)原理采用現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA制作，利用EDAa件中的VHDLM件描述 語言編程進行

5、控制，然后燒制實現(xiàn)。采用 FPG林設(shè)計的原理圖如圖所示。它由 控制輸入電路、FPGA顯示電路和揚聲器電路組成?？刂戚斎腚娐?f FPGA 顯示電路揚聲電路圖采用FPG破計的電子琴原理方框圖控制輸入電路主要是為用戶設(shè)計的，起到一個輸入控制的作用。FPGA現(xiàn)場 可編程邏輯器件，也是本設(shè)計方案的核心內(nèi)容，它是實現(xiàn)電子琴運作的主要控制 模塊。由設(shè)計者把編好VHDL程序燒制到現(xiàn)場可編程邏輯器件 FPG9，然后通過控制輸入電路把樂譜輸入到FPGA產(chǎn)生不同的頻率驅(qū)動揚聲器，發(fā)出不同的樂譜。同時也把發(fā)出的樂譜符號通過顯示器輸出。創(chuàng)新點與原創(chuàng)性內(nèi)容對于電子琴的設(shè)計, 很多方案均可以實現(xiàn), 但是采用數(shù)字邏輯電路來

6、制作的話電路硬件所需的器材多 , 體積龐大 , 比較復(fù)雜 , 而且精度和穩(wěn)定度都不是很高。 如果采用的是現(xiàn)場可編程邏輯器件來實現(xiàn), 它的優(yōu)點是所有電路集成在一塊芯片上，此方案所需的外圍電路簡單, 這樣它的體積就減少了，同時還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度。還可以用 Modelsim XE 軟件進行仿真和調(diào)試等。設(shè)計人員可以充分利用VHDLM件描述語言方便的編程，提高開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本；而且易于進行功能的擴展，實現(xiàn)方法靈活，調(diào)試方便，修改容易。 。因此，電子琴的設(shè)計我們選擇采用現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA制作來實現(xiàn)。3 系統(tǒng)設(shè)計HDL 代碼library ieee;use speakera

7、 isport( clk : in std_logic;- 時 鐘 輸入index:in std_logic_vector( 6 downto 0);-按鍵輸入spks: out std_logic);- 揚聲器輸出end;architecture one of speakera issignal preclk,fullspks :std_logic;signal tone: std_logic_vector( 10 downto 0);beginsearch : process (index)begincase index iswhen "0000001" => t

8、one <="001"when "0000010" => tone <="000"when "0000100" => tone <=; ;when "0001000" => tone <=; ;when "0010000" => tone <=; ;when "0100000" => tone <=; ;when "1000000" => tone <=; ;

9、when others => tone <= ""end case;end process;divdeclk :process(clk)variable count4 :std_logic_vector( 3 downto 0);beginpreclk <= '0'if count4 > 11 then preclk <= '1' count4 :="0000"elsif clk'event and clk='1' then count4 := count4 + 1;e

10、nd if;end process;genspks : process(preclk,tone)variable count11 : std_logic_vector( 10 downto 0);beginif preclk'event and preclk = '1' thenif count11 =16#7ff# then count11 := tone;fullspks <= '1'else count11 := count11 + 1;fullspks <= '0'end if;end if;end process;d

11、ealyspks : process( fullspks)variable count2 : std_logic;beginif fullspks'event and fullspks = '1' then count2 := not count2;if count2 = '1' then spks <= '1'else spks <= '0'end if;end if;end process;end;系統(tǒng)整體電路圖4 系統(tǒng)仿真( Simulation Waveform )功能仿真：時序仿真：5 FPGA現(xiàn)數(shù)控

12、分頻模塊的目的是對基準脈沖分頻，得到 1,2,3,4,5,6,7 ，七個音符對應(yīng)頻率。該模塊的VHDL的述中包括了三個模塊，首先對12MHzI勺基準脈沖進行再次分頻，得到的便是所需要的頻率。實驗箱：實驗操作內(nèi)容及步驟 ：1、打開Quartus H ,創(chuàng)建工程首先建立一個Quartus R的工程，指定工作目錄、工程名稱、頂層設(shè)計 實體名稱、目標器件系列、工具設(shè)置等。步驟如下： 1） 選擇“開始”一 > “程序” >Altera > Quartus H 2） 選擇File >New Project Wizard 界面，單擊Next 按鈕，進入工程名稱的設(shè)定、工程目錄的選擇。

13、 3） 3） 在對話框中， 指定工程存放的目錄、 工程名和頂層實體名， 工程名和頂層實體名要求相同，工程目錄可以隨意設(shè)置，但必須是英文的目錄，單擊Next 按鈕。 4） 4） 用戶指定目標器件，根據(jù)開發(fā)板所使用的期間來選擇，單擊Next 按鈕。 5） 新建一個VHD印言。 6） 6） 把程序代碼輸入， 編譯、 運行程序， 單擊 processing >start comilation 運行程序。（ . 引腳分配（ 1）單擊 assignments >timing analysis setting 進行引腳分配（ 2）直接導入引腳分配，單擊assignments >import

14、 assignments（ 3）引腳分配完成3產(chǎn)生波形圖（ 1）創(chuàng)建波形文件，單擊File >other files >vector waveform file（ 2）點擊空白處，點開INSERT->insert node, 再點擊 >node finder >list,把元器件添加進去，得到其仿真波形圖系統(tǒng)整體組裝圖：6 總結(jié)( Closing )通過兩個周的學習，最后完成了我的設(shè)計任務(wù)一一基于 VHDLS言的簡 易電子琴的設(shè)計。通過本次課程設(shè)計的學習，我對數(shù)據(jù)庫軟件EDAK術(shù)、VHDL等系列知識都有了一定的了解。使用 EDAK術(shù)開發(fā)頁面的能力也有了很大提高。我

15、深深的體會到設(shè)計課的重要性和目的性所在。本次設(shè)計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力， 也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識， 理論聯(lián)系實際， 獨立自主的進行設(shè)計的能力。 它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會， 同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復(fù)習， 使我明白了自己的缺陷所在， 從而查漏 補缺。在設(shè)計中要求我們要有耐心和毅力， 還要細心， 稍有不慎一個小小的錯誤就會導致結(jié)果的不正確， 而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心， 通過這次設(shè)計和設(shè)計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗。用 VHDLM件描述語言的形式來 進行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方便靈活，利用EDAa件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電 路設(shè)計時間和可能發(fā)生

16、的錯誤， 降低了開發(fā)成本， 這種設(shè)計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮越來越重要的作用。VHDL的設(shè)計關(guān)鍵是電路邏輯設(shè)計，而一個程序的關(guān)鍵是總體設(shè)計。 對于硬件設(shè)計接觸不多的我們清楚這一點也許不無好處。設(shè)計的工作此課程設(shè)計從構(gòu)思到最后完成的這兩個周內(nèi)，周圍的很多同學和朋友給予了我善意的幫助， 還有老師同學們對我的不厭其煩的指導， 使我對此類課程設(shè)計的設(shè)計流程以及脊髓有了很深的了解， 通過你們的幫助， 我把從計算機組成原理這門課上學到的理論第一次用到了實際設(shè)計上。在此，我深深的表示感謝。參考書目( Reference )：1張肅文,.EDA技術(shù)與VHDLS言.北京：清華大學出版社2 張亦華，延明

17、.數(shù)字電路EDAA門.北京：北京郵電大學出版社3 VHDL 程序設(shè)計 (第二版 ). 曾繁泰等 . 清華大學出版社4VHDLW數(shù)字電品&設(shè)計.盧毅，賴杰.科學出版社5EDAK術(shù)與實驗陳強附錄( Appendix )：library ieee;use speakera is- 揚聲器輸出- 時 鐘 輸port( clk : in std_logic;入index:in std_logic_vector( 6 downto 0);按鍵輸入spks: out std_logic);end;architecture one of speakera issignal preclk,fullspk

18、s :std_logic;signal tone: std_logic_vector( 10 downto 0);beginsearch : process (index)begincase index iswhen "0000001" => tone <= "001"when "0000010" => tone <= "000"when "0000100" => tone <= ""when "0001000" =&g

19、t; tone <= ""when "0010000" => tone <= ""when "0100000" => tone <= ""when "1000000" => tone <= ""when others => tone <= ""end case;end process;divdeclk :process(clk)variable count4 :std_logic_vector( 3 downto 0);beginpreclk <= '0'if count4 > 11 then preclk <= '1