基于vhdl文本输入法的简易电子琴的设计说明书.doc

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级学生
EDA课程设计
EDA课程设计报告书
课题名称
基于VHDL文本输入法的简易电子琴的设计
姓名

学号

院系

专业
指导教师

年月日

设计任务及要求
设计任务
设计一个简易的八音符电子琴,其由乐曲自动演奏模块、音调发生模块和数控分频模块三个部分组成。
要求
(1) 通过按键输入来控制音响。
(2)系统演奏时通过按键可以选择是手动演奏还是自动演奏已存入的乐曲。
(3) 能够自动演奏多首乐曲,且乐曲可重复演奏。
指导教师签名:

年月日
二、指导教师评语:
指导教师签名:
年月日
三、成绩
验收盖章
年月日
基于VHDL文本输入法的简易电子琴的设计

1设计目的
本课程设计主要是基于VHDL文本输入法设计乐曲演奏电路,该系统基于计算机中时钟分频器的原理,采用自顶向下的设计方法来实现,通过按键输入来控制音响或者自动演奏已存入的歌曲。系统由乐曲自动演奏模块、音调发生模块和数控分频模块三个部分组成。系统实现是用硬件描述语言VHDL按模块化方式进行设计,然后进行编程、时序仿真、电路功能验证,奏出美妙的乐曲。该设计最重要的一点就是通过按键控制不同的音调发生,每一个音调对应不同的频率,从而输出对应频率的声音。
2设计的主要内容和要求
(1)设计一个简易的八音符电子琴,它可通过按键输入来控制音响。
(2)系统演奏时通过按键可以选择是手动演奏还是自动演奏已存入的乐曲。
(3)能够自动演奏多首乐曲,且乐曲可重复演奏。
3 整体设计方案
本课程设计目的在于灵活运用EDA技术编程实现一个简易电子琴的乐曲演奏,不同的音阶对应不同频率的正弦波。按下每个代表不同音阶的按键时,能够发出对应频率的声音。故系统可分为乐曲自动演奏模块(AUTO)、音调发生模块(TONE)和数控分频模块(FENPIN)三部分。系统的整体组装设计原理图如图3-1。
图3-1 系统的整体组装设计原理图
由于设计分模块组成,每个单独的模块都是一个完整的源程序,分别实现不同性质的功能,但是每个模块又是紧密关联的,前一个模块的输出很可能是后一模块的输入。如AUTO模块的音符信号输出就是TONE模块的音符信号输入。另外,时钟脉冲信号在本课程设计中用的最多,用处也最大,一般情况下时钟信号处上升沿有效,判断和控制各个计数器计数多少。
4 简易电子琴的设计过程
根据系统设计要求,该系统基于计算机中时钟分频器的原理,设计采用自顶向下的设计方法,通过按键输入来控制音响或者自动演奏已存入的歌曲。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。
乐曲自动演奏模块
乐曲自动演奏模块的作用是产生8位发生控制输入信号。当进行自动演奏时,由存储在此模块的8位二进制数作为发声控制输入,从而自动演奏乐曲。
该模块的VHDL源程序主要由3个工作进程组成,分别为PULSE0,1。PULSE0的作用是根据键盘输入(自动演奏)的值(0或1)来判断计数器COUNT以及脉冲CLK2的输出值。部分源程序如下:
PULSE0:PROCESS(CLK,AUTO) --工作进程开始
VARIABLE COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 8; --定义计数器变量,值从0到8
IF AUTO='1'THEN --键盘输入为1
COUNT:=0;CLK2<='0'; --计数器值指0,时钟信号为0
ELSIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN --时钟输入信号为1
COUNT:=COUNT+1; --计数器加1
当确定了时钟信号输出的值后,在第二个PROCESS中就可以由它控制8位发声控制输入信号了。即CLK2的值为0时,COUNT0为1。1便是由前两个PROCESS所确定的COUNT0、AUTO和键盘输入信号值INDEX2将8位的二进制数转化为音符信号的输出,达到自动演奏的目的。部分源程序如下:
IF AUTO='0'THEN
CASE COUNT0 IS
WHEN 0=>INDEX0<="00000100"; --3
WHEN 4=>INDEX0<="00010000"; --5
该模块最主要的用途就是将输入二进制数转化为发声控制输入,是产生音符的重要步骤, AUTO模块的源程序符号编辑图如图4-1。
图4-1 AUTO模块的符号编辑图
音调发生模块
音调发生模块的作用是产生音阶的分频预置值。当8位发声控制输入信号中的某一位为高电平时,则对应某一音阶的数值将输出,该数值即为该音阶的分频预置值,分频预置值控制数控分频模块进行分频,由此