电子琴课题方案设计书论文.docVIP

简易电子琴制作 应电101班 组员： 指导老师： 分工： 目 录 绪论 …………………………………………………………………3 1. 本论文设计的任务…………………………………………………4 2. 总体方案设计与论证………………………………………………4 3. 硬件系统选择与设计………………………………………………5 3.1 FPGA 开发板 ………………………………………………………5 3.2 时钟电路 …………………………………………………………5 3.3 矩阵键盘设计 ………………………………………………………7 3.4 键盘编码电路 …………………………………………………… 8 3.5 译码与显示电路…………………………………………………… 11 3.6 预置数存储电路…………………………………………………… 15 3.7 预置数控分频电路………………………………………………… 17 3.8 蜂鸣器 …………………………………………………………… 19 4. 开发环境介绍 …………………………………………………… 19 5. 系统功能的软件设计 ………………………………………………21 5.1 按键消抖处理…………………………………………………………21 5.2 键盘扫描 …………………………………………………………… 21 5.3 发声延时模块…………………………………………………………23 6. 顶层模块设计……………………………………………………… 24 6.1顶层模块连接图如下 ……………………………………………… 24 6.2管脚分配,不用的管脚置三态 ……………………………………… 24 总结 …………………………………………………………………… 25 参考文献 ………………………………………………………… 26  基于FPGA的电子琴设计 前 言 电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色， 电子乐器的结构较为复杂，音源是由晶体管产生的电振动，并通过音色回路而产生各种音色；同时由周波数调制产生颤音效果，由振幅调制产生各种乐器的音效。电子琴的外形很像普通键盘乐器，只是某些种类多一排脚踏键盘，而且手触键盘也往往分为两层。键盘式电子琴声音丰富、优美，有变音装置，能发出多种不同的音色，可以作为独特的乐器进行演奏，还能代替传统的风琴、钢琴供音乐课教学。 传统乐器的声音是通过机械的方法产生的，电子琴的声音是用“电”产生的。振荡器是根据需要产生一定频率的振荡信号，振荡信号通过分频器分解成不同频率的信号输送到放大器，放大器将信号放大，推动扬声器发出声音。键盘实际是一些开关，如果没有键盘，许多种频率的信号一齐进到放大器里，通过扬声器发出的声音就会乱七八糟，不成音乐。按下键盘的一支键，就等于接通一只开关，只允许某一种频率的信号通过到放大器里去，扬声器就发出一个音来。这样，按照一定的演奏规律来按键，就能奏出美妙的音乐来。 摘要： 电子琴的设计原理是通过3*8矩阵键盘读入键值，由分频器得到所需的频率，从而驱动蜂鸣器的发声，并在数码管上显示相应的音节。设计的关键之处在于矩阵键盘的扫描式读取、按键消抖处理、等占空比任意分频、蜂鸣器发声延时这四个方面的问题。本论文对上述问题作了详细的阐述，设计出了完整的原理图，并自行焊接了3*8矩阵键盘，与A-CV84开发板结合制作成功。 关键词： 电子琴；矩阵键盘；任意分频； 1、本论文设计的任务 本论文所设计的是一种简单的基于FPGA语言的电子琴。琴键为3*8矩阵键盘，使用蜂鸣器输出声音，并在数码管上显示相应的音阶。电子琴具有延时发声200ms的功能。 2、总体方案设计与论证 本方案可分为键盘扫描模块、按键消抖模块、输出控制模块、发声延时模块、分频模块。首先，由3*7矩阵键盘读入键值（行）经过消抖处理后，对键值进行编码，并输出不同分频比，再由分频器得到不同的频率，通过输出控制模块发出使能指令，从而驱动蜂鸣器发出响声，再发声由延时模块对音乐作简要优化。方案原理图如下： 图1 设计原理图 3、硬件系统选择与设计 3.1 FPGA开发板 设计中的核心控制器件FPGA选用Ahrea公司的EP2C8Q208C8。EP2C8Q208C8是Ahera Cyclone II系列器件中的一种，Cyclone II FPGA是基于Stratix II的90 nm工艺生产的低成本FPGA。Cyclone II FPGA的应用主要定位在终端市场，如消费类电子、计算机、工业和汽车等领域。EP2C8Q208C8内部有2个锁相环(PLL)和8个全局时钟网络，8 25