电子琴设计报告.doc

广西工学院课程设计用纸 第 页 共 页 EDA技术课程设计 设计题目：简易电子琴设计 专 业：应用物理学 学生姓名：赵骉 学 号：20081326031 日 期：2011/8/31 摘 要 随着基于CPLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制用计算机等领域的重要性日益突出。作为一个学电子信息专业的学生，我们必须不断地了解更多的新产品信息，这就更加要求我们对EDA有个全面的认识。本程序设计的是简易电子琴的设计。采用EDA作为开发工具，VHDL语言为软件描述语言，QuartusII6.1作为程序运行平台，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。本程序使用的硬件描述语言VHDL，可以大大降低了硬件数字系统设计的入门级别，让人感觉就是C语言的近亲。通过老师的指导和自己的学习完成了预想的功能。 1 课程设计的目的及任务 1.1 课程设计的目的 巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力，通过对一个简易的八音符电子琴的设计，进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。巩固所学课堂知识，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。为了进一步了解计算机组成原理与系统结构，深入学习EDA技术，用VHDL语言去控制将会使我们对本专业知识可以更好地掌握。 1.2 课程设计的内容 设计一个简易电子琴，利用试验箱的脉冲电源产生1，2，3，4，5，6，7共7个音阶信号，当按下一个键时，有相应的乐音发出，同时用指示灯显示乐音，用数码管显示音符。 2 原理描述 2.1音名与频率的关系 根据声乐知识，产生音乐的两个因素是音乐频率的持续时间，音乐的十二平均率规定，每两个八音度之间的频率相差一倍，在两个八音度之间，又可分为12个半音。每两个半音的频率比为4。另外，音名A（乐谱中的低音6）的频率为440HZ，音名B到C之间，E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出乐谱中从低音1到高音1之间每个音名的频率如表2-1所示： 音名 频率（Hz） 音名 频率（Hz） 音名 频率（Hz） 低音1 261.63 中音1 523.25 高音1 1046.50 低音2 293.67 中音2 587.33 高音2 1174.66 低音3 329.63 中音3 659.25 高音3 1381.51 低音4 349.23 中音4 698.46 高音4 1396.92 低音5 391.99 中音5 783.99 高音5 1567.98 低音6 440 中音6 880 高音6 1760 低音7 439.88 中音7 987.76 高音7 1975.52 表2-1 简谱中的音名与频率的关系 2.3电路各模块设计 图 2-2 电路结构方框图 2.3设计规划 根据系统设计要求，系统设计采用自顶向下的设计方法，它由乐曲自动演奏模块、音调发生模块和数控分频模块三部分组成。 3 个人负责模块部分 我在这次设计中主要做音调发生模块，以下是这个部分的分析： 音调发生模块的作用是产生音阶的分频预置值。当7位发声控制输入信号中的某一位为高电平时，则对应某一音节的数值将输出（通过对照图4-1各音名对应的分频系数值及初始值）该数值即为该音阶的分频初始值，分频预置值控制数控分频模块进行分频，由此可得到每个音阶对应的频率。 3.1可变分频器 （1）基准频率的选取 各音名所对应的频率可由一频率较高的基准频率进行整数分频得到，所以实际产生各音名频率为近似的整数值。这是由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将得到的分频系数四舍五入取整，若基准频率过低，则由于分频系数过小，四舍五入取整后的误差较大，若基准频率过高，虽然误码差较小，但分频结构将变大，实际的设计应综合考虑两方面的因素，在尽量减小频率差的前提下取舍合适的基准频率。本次设计选择12MHz作为基准频率。 （2）分频系数A、公用二进制的计数容量N及初始值的选取D 1、分频系数的选取 首先将12MHz的基准频率进行12分频，得到1MHz的基准频率，分频系数A＝1MHz／音名频率，此分频系数可由计数器实现。但若不加处理语句，其分频后的信号将不是对称方波。而占空比很小的方波很难使扬声器有效地发出声响。 为得到对称方波，可将分频系数A分解为：分频系数A=分频系数n×2。即先进行分频系数n的分频，得到不对称方波，然后再2分频得到对称方波。 2、公用二进制的计数容量N的选取 n分频可由n进