论文基于FPGA的电子琴设计定稿.docx

论文基于FPGA的电子琴设计定稿.docx泉州师范学院
毕业论文（设计）
题目基于FPGA的电子琴设计
物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业2007级
学生姓名 吴丽萍 学号 070303051
指导教师 曾永西 职称 讲师
完成日期 2011年3月30日
教务处制
基于FPGA的电子琴设计
泉州师范学院 电子信息科学与技术专业070303051吴丽萍
指导教师曾永西讲师
【摘要】介绍了基于FPGA的电子琴的工作原理和设计过程。用Altera公司的EP2C8Q208C8N芯片 为核心器件，通过运用硬件编程语言VHDL描述，在Quartus II平台上，实现了电子琴的手动弹奏和自 ，键盘控制模块和存储器模块组成。选择手动弹奏模式按键时， 按下音符键后就会选通相应的频率输出；选择自动演奏模式按键时，储存器会将编写好的音乐信息依次取 出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。音频发生器由分频器来实现，可产生16个频率，这些 频率经放大后驱动喇叭，从而发出声音。
【关键词】FPGA; Quartus II; VHDL；电子琴；音符
目录
第1章引言 3
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VHDL语言和QU ARTUS II环境简介 3
VHDL 简介 3
Quartus H 简介 3
第2章 方案选择及原理分析 4
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222按键模块设计方法 6
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第3章硬件设计 6
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第4章软件设计 7
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421自动演奏模块 9
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第5章 软硬件的系统测试 10
结论 10
参考文献 11
致谢 11
附录I歌谱 12
附录II电路图 14
附录III程序 14
第一章引言
电子琴作为音乐与科技的产物，在电子化和信息化的时代，为音乐的大众化做出了很人 的贡献，歌曲的制作大多数都要由电子琴来完成，然后通过媒介流传开来，电视剧和电影的 插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。

随着电子技术的高速发展，由于FPGA/CPLD具有高速、高可靠性、串并行工作方式等 突出优点，所以在电子设计中受到广泛的应用，并且它代表着未来EDA设计的方向。 FPGA/CPLD的设计采用了高级语言，例如VHDL语言，AHDL语言。从而进一步打破了软 硬件之间的界限，加速了产品的开发过程，缩短了设计周期。所以采用FPGA/CPLD取代传 统的标准集成电路、接口电路已经成为电子技术发展的必然趋势。
EDA (电子设计自动化)代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是： 设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键 电路用一片或几片集成电路(FPGA/CPLD)实现。
电子琴是数字电路中的一个典型应用。在实际的硬件设计中用到的器件非常多，连线比 较复杂，同时会产生比较大的延时，从而造成测量误差较大，可靠性不好。以EDAX具作 为开发手段，运用
VHDL硬件描述语言将使整个系统人人简化，提高了电子琴整休的性能 和可靠性。
2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介
1. 2. 1 VHDL语言简介
VHDL是超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言。它出现于 80年代后期，最初是由美国国防部开发出来的，是为了供美军用来提高设计的可靠性和缩 减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。VHDL主要是应用在数字电路的设计中。目 前，它在屮国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计屮，同时也被一些实力较为雄厚 的单位用来设计ASICo
VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下和基于库的设计特点。其开 发流程：在顶层用方框图或硬件语言对电路的行为进行描述后，进行系统仿真验证和纠错。 再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表。然后通过适配器将网表文件配置于 指定的目标器件，产生最终下载文件或配置文件。最后把适配后生成的下载或配置文件通过 编程器或编程电缆下载到具体的FPGA/CPLD器件中去，以便进行硬件调试和验证，而实现 可编程的专用集成电路ASIC的设计。
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征 的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。 VH