FPGA实训正文 基于FPGA的电子琴设计
FPGA设计简易电子琴
简易电子琴电路设计一、设计要求：(1) 设计一个简易电子琴。
(2) 利用实验箱的脉冲源产生1，2，3，……共7 个或14 个音阶信号。
(3) 用指示灯显示节拍。
(4) 能产生颤音效果。
二、原理说明：简易电子琴实现自动播放和手动弹奏两种模式，由一个开头选择。
自动播放功能可以预置多首乐曲，可以通过手动选择，本设计预置了两首乐曲《梁祝》和《两只老虎》。
手动弹奏设置了7个按键做琴键，分别对应7个音阶。
系统由8个模块组成，图1是顶层设计文件，其内部有7个功能模块：Speakera.v(例2) 和ToneTaba.v (例3)，NoteTabs.v (例4)，div_27.v，div-50.v，Keyboard.v，Dir.v。
模块ToneTaba音阶发生器，当4位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的LED显示，音阶越高，LED亮的数目越多。
模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout 向扬声器输出发声。
模块NoteTabs用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置两个乐曲曲谱真值表，通过song来选择播放的音乐，00代表复位，01选乐曲《梁祝》，10选《两只老虎》，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。
模块div-27和div_50是分频模块，通过计数的方式进行分频。
div_27是由板上27M时钟分频产生4Hz的频率用于节拍控制，div_50是板上50M时钟产生12.5MHz用于Sperkera模块。
基于FPGA的电子琴
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功能详述 ——弹奏
弹奏也是在复位后自动开始的。首先，用某一拨码开关作 为复位按钮，复位有效时，丌执行任何功能，并使各模块 回复到初始状态。当复位无效，在键盘的时钟触发时，按 键的键值读入FPGA，然后由程序处理之后选择工作的频 率（音调），则可以完成弹奏的功能，当弹奏按钮有效时 ，系统则会根据PS2键盘输入的键值弹奏音乐，可弹奏的 内容为低中高音的1、2、3、4、5、6、7，也可根据外部 音色控制按钮切换音色。
●设计目的
以此项目加强自己对FPGA的理解
对verilog语言的熟悉
熟悉数字电路和模拟电路的结合 选择电子琴这种可以激发同学兴趣的项目，而且其具有较 丰富的扩展功能，可以一循序渐进的提升
●功能概述
一、 自动演奏功能 4首已存储歌曲的播放、暂停/继续功能
包含（最多）8种音色的选择
二、 弹奏功能
P循序渐进，先是查阅资料，再是完成了最基 本的自动播放功能了解了音频输出的基础，然后再陆续加 上弹奏部分、音色包络、键盘输入、VGA显示等扩展功能 。大家在这一步步的扩展过程中也丌断的加强自己的认识 ，也对各种相关知识有了更深入的学习，逐步攻克难题达 成目标。
PS2键盘输入，包拪低、中、高各7种音调
三、VGA显示功能 实时显示当前播放的音名 可以记录之前播放的7个音名
功能详述 ——自动播放
自动演奏是在复位后自动开始，然后可以根据开关开控制 所加的音色戒者丌加音色。
首先，用某一拨码开关作为复位按钮，复位有效时，丌执 行任何功能，并使各模块回复到初始状态。当复位无效， 通过功能选择开关执行丌同的功能：当自动播放按钮有效 时，系统会播放梁祝的曲子（可通过丌同按钮选择播放的 乐曲）。
基于FPGA的电子琴设计课程设计
课程设计摘要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。
实现方法有许多种。
现用可编程逻辑器件（PLD）来完成该设计。
核心是一数控分频器，对输入的脉冲进行分频，得到每个音阶对应的频率，由此实现简易电子琴的发音功能。
电子琴可演奏由键盘输入的音阶，同时在数码管上显示对应音节的频率。
本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144C8芯片上编程实现；经仿真，调试基本能够达到技术指标，仿真结果基本正确。
关键词音乐译码电路模块，VHDL，数控分频，电子琴基于FPGA的电子琴设计AbstractMusic performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。
The design is accomplished using a programmable logic device (PLD). The core is a numerical control frequency divider, the input pulse frequency, the frequency of each scale corresponding to the frequency, thus achieving the function of simple electronic piano. The electronic piano can be played by the keyboard input of the scale, while in the digital tube display the corresponding syllable frequency. The design based on ultra high speed hardware description language VHDL on Altera's cyclone II Series ep2c5t144c8 chip programming; the simulation and debugging can basically meet the technical indicators, and the result of simulation is correct.Keywords Music decoder circuit module，VHDL，Numerical control pointing frequency modules，electronic organ沈阳工程学院课程设计目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................................ I I1 引言 (1)2 VHDL简述及应用 (2)2.1VHDL简述 (2)2.2 VHDL的应用 (2)3 FPGA的简述 (3)3.1 FPGA的介绍 (3)3.2 FPGA的整体结构 (3)3.3 Altera公司的FPGA (3)4 电子琴演奏系统设计原理分析 (4)4.1电子琴演奏设计的基本要求 (4)4.2电子琴演奏原理 (4)4.3音名与频率的关系 (5)4.4控制音长的节拍发生器 (6)5 电子琴硬件演奏电路的层次化设计方案 (8)5.1按键控制模块 (8)5.2自动演奏模块 (8)5.3自动播放控制模块 (9)5.4数控分频模块设计 (9)5.5数码管译码显示 (10)5.6音频驱动模块 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附录1 (15)附录2 (16)基于FPGA的电子琴设计1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
基于FPGA的简易电子琴实现
基于FPGA的简易电子琴实现李全摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，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，它可以通过按键输入来控制音响。
多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。
该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴音调发生器模块、数控分频模块和自动演奏模块。
用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。
能够实现弹琴和自动演奏的功能。
系统实现是用硬件描述语言VHDL按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。
本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。
本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。
关键字电子琴；EDA；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；音调发生；数控分频；1引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
对于广大老百姓来说，电子琴可以说已经不再是什么“新鲜玩意”了，它现在作为一种休闲和娱乐的产品早就推出市面，面向百姓，进入了我们的生活。
作为一个电子信息科学与技术专业的学生，了解这些电子产品的基本的组成和设计原理是十分必要的，我们学习过了计算机组成的理论知识，而我所做的课程设计正是对我学习的理论进行实践和巩固。
本设计主要介绍的是一个用超高速硬件描述语言VHDL设计的一个具有若干功能的简易电子琴；集科学性，先进性，创新性，实用性于一体，其理论基础源自于计算机组成原理的时钟分频器。
1.1 设计的目的本次设计的目的就是在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解EDA技术，掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的VHDL 语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，例如本课程设计就是基于所学的计算机原理中的时钟分频器和定时器的基础之上的，通过本课程设计，达到巩固和综合运用计算机原理中的知识，理论联系实际，巩固所学理论知识，并且提高自己通过所学理论分析、解决计算机相关的实际问题的能力。
基于FPGA的简易电子琴设计
简易电子琴的设计学生姓名：王春指导老师：郑大腾摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，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，它可以通过按键输入来控制音响。
多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。
该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴发声模块、存储器模块和选择控制模块。
用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。
不仅能实现弹琴和演奏的功能，它还能实现“复读”的功能，就是可以存储任意一段音乐，并且可以即时的播放出来。
系统实现是用硬件描述语言VHDL 按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。
本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。
本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。
关键字电子琴；EDA；VHDL；音调发生；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；电子琴系统；AbstractThis system is designed using EDA technology a simple eight-note keyboard, the system clock divider based on the principle of the computer, using top-down design methodology to implement, it can be controlled through the key input audio. Multi-function keyboard is designed to be an ordinary keyboard in the original expansion on the basis of a design. The design of the keyboard in general consists of three modules, namely the keyboard soundmodules, memory modules and select the control module. Ultra high-speed hardware description language VHDL programming function of each module. Not only can realize the function of playing and playing, it can achieve "repeat" function, which can store any piece of music, and real-time play out. System implementation is to use hardware description language VHDL modular way by design, then programming, timing simulation, integration. The system features a relatively complete, there is a certain value. This paper introduces the overall design of the keyboard system, and based on high speed hardware description language VHDL in Xilinx's Spartan Ⅱ series 2sc200PQ208-5 chip programming.KeywordKeyboard; EDA; VHDL; tone occurred;field programmable logic device FPGA;ultra high-speed hardware description language VHDL; organ systems;皖西学院毕业论文设计第3页共36页目录1 引言..................................................................1.1设计的目的...........................................................1.2设计的基本内容.......................................................2 FPGA、EDA、VHDL简介....................................................2.1FPGA工作原理 ........................................................2.1.2 FPGA的基本特点....................................................2.2EDA技术...............................................................2.3硬件描述语言——VHDL ...................................................2.3.1 VHDL的简介.......................................................2.3.2 VHDL语言的特点...................................................2.3.3VHDL语言上机操作条件.............................................2.3.4 VHDL的设计流程...................................................3 音乐知识介绍............................................................4 简易电子琴设计..........................................................4.1系统设计的总思路.....................................................4.2程序设计的流程图.....................................................4.3简易电子琴的工作流程图...............................................4.4简易电子琴中各模块的设计.............................................4.4.1 乐曲自动演奏模块...................................................4.4.2 音调发生模块.......................................................4.4.3 数控分频模块.......................................................4.4.4 顶层设计...........................................................5 系统仿真.................................................................6 结束语..................................................................第3页致谢..................................................................... 参考文献................................................................. 附录.....................................................................1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
基于FPGA的电子琴设计
毕业设计（论文）课题名称：基于FPGA的电子琴设计指导教师：系别：电子信息系专业：应用电子技术班级：姓名：基于FPGA的电子琴设计【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动演奏功能。
本系统主要由音频发生模块，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 ................................................................................................................................... .31.1课题分析 (3)1.2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介 (3)1.2.1 VHDL简介 (3)1.2.2 Quartus II简介 (4)第2章方案选择及原理分析 (5)2.1 设计方案 (5)2.2 电子琴设计原理 (6)2.2.1 分频模块设计方法 (6)2.2.2按键模块设计方法 (6)2.2.3顶层模块设计方法 (6)2.3系统设计的主要组成部分 (6)第3章硬件设计 (8)3.1现场可编程门阵列FPGA简介 (8)3.2按键模块及其功能 (8)3.3显示电路模块及功能 (9)第4章软件设计 (10)4.1系统的流程 (10)4.2设计模块 (10)4.2.1自动演奏模块 (11)4.2.2音阶发生器模块 (13)4.2.3数控分频模块 (15)第5章软硬件的系统测试 (18)结论 (18)致谢 (18)参考文献 (19)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大的贡献，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。
基于FPGA的乐曲演奏电路设计_毕业设计论文
毕业设计基于FPGA的乐曲演奏电路设计摘要设计了一种基于FPGA的电子琴，该电子琴由用VHDL硬件描述语言设计的核心部件和适当的外围电路构成，可从琴键上进行演奏也可自动进行乐曲演奏。
基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片，利用VHDL语言，介绍了一种通用乐曲演奏电路的设计，可实现多个八度音阶的乐曲演奏，与简谱的对应关系简单，编程方便，占用资源少，通用性好，可作为IP core模块引用，构成复杂的SOPC系统．关键词：电子琴；现场可编程门阵列（FPGA）；智力产权核（IP core）；超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)；乐曲AbstractAn electronic piano is designed based on FPGA，which consists of core paris that designed by using VHDL hardware description languages，as well as some periphery circuits.The musical perform ance can be donenot only by keys but also with automatic type in the electronic piano．Based on FPGA，by VHDL language，this paper introduces a universal music circuit design，it can play high，middle and low multiple tonality，simple corresponding relation with simple musical notation，which programs easily using little resource．It can be used universally for IP core in making complicated SOPC system．Key words：electronic piano；Field Programmable Gate Array（FPGA）；Intelligence Property core(IP core) ；Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language(VHDL)；music目录1.简易电子琴与音乐发生器设计的介绍 (4)1.1简易电子琴设计介绍 (4)1.2音乐发生器设计介绍 (4)2.F P G A功能与使用简介 (6)2.1F P G A简介 (6)2.1.1F P G A的产生 (6)2.1.2F P G A的基本结构 (7)2.1. 3 MAX+PLUSII (7)2.2硬件描述语言V H D L (10)2.2.1V H D L语言的优点 (10)2.2.2利用V H D L语言设计数字系统的特点 (11)2.2.3V H D L语言的基本结构 (13)2.2.4V H D L的设计流3.简易电子琴设计及程序 (16)3.1简易电子琴设计总体框图 (16)3.2模块设计 (16)3.2.1模块Q I N设计 (16)3.2.2模块F A N A设计 (17)4.音乐发生器设计及程序 (20)4.1使用的乐谱 (20)4.2音乐发生器设计及程序 (20)4.2.1音乐发生器总框图 (20)4.2.2可变分频器设计 (20)4.2.3到计时模块设计 (31)5.仿真 (3)45.1概述 (34)5.2仿真验证与实5.2.1电子琴电路的仿真 (35)5.2.2音乐发生器仿真 (35)6.结论 (3)77.致谢 (3)88．参考文献 (39)1.简易电子琴与音乐发生器设计的介绍1.1简易电子琴设计介绍电子琴因其操作简单，且能模拟各种传统乐器的音色，而深受消费者喜爱。
FPGA电子琴设计论文
FPGA电子琴设计论文摘要：随着计算机科技和数字电子技术的飞速发展，人们对于音乐创作和表演的需求也变得越来越高。
FPGA电子琴作为一种新型的电子乐器，具备音色丰富、音色可编程等特点，受到了广大音乐爱好者的喜爱。
本论文以FPGA电子琴的设计为研究对象，对其硬件结构和软件程序进行详细分析和设计，最终通过实验验证了其性能和功能的可行性。
关键词：FPGA电子琴；硬件设计；软件设计；性能验证1.引言电子琴是一种以电子技术为基础的乐器，与传统的钢琴相比，电子琴具有音色丰富、音色可编程、体积小、便携等优势。
随着计算机科技和数字电子技术的飞速发展，FPGA电子琴作为一种新型的电子琴，受到了广大音乐爱好者的关注。
2.硬件设计FPGA电子琴的硬件设计主要包括音频输入输出模块、键盘模块、音源模块和主控模块。
音频输入输出模块用于将琴键按下的信号转换成电信号，并输出到音源模块进行音乐合成。
键盘模块主要用于检测琴键按下的信号，并将信号传递给音频输入输出模块。
音源模块用于根据输入的信号进行音乐合成，并将合成后的音乐信号传递给音频输出模块进行音频输出。
主控模块用于控制整个电子琴系统的工作。
3.软件设计FPGA电子琴的软件设计主要包括音频输入输出控制程序、键盘控制程序、音源合成程序和主控程序。
音频输入输出控制程序用于控制音频输入输出模块的工作，包括信号转换和音频输出等功能。
键盘控制程序用于检测琴键按下的信号，并将信号传递给音频输入输出控制程序。
音源合成程序用于根据输入的信号进行音乐合成，包括音色选择、节拍控制等功能。
主控程序用于控制整个电子琴系统的工作，包括琴键的扫描和音乐的播放等功能。
4.性能验证通过实验对设计的FPGA电子琴进行性能验证，验证结果表明，设计的FPGA电子琴具备音色丰富、音色可编程等特点，音乐合成效果良好，满足了音乐创作和表演的需求。
5.结论本论文以FPGA电子琴的设计为研究对象，对其硬件结构和软件程序进行了详细分析和设计，通过实验验证了其性能和功能的可行性。
基于FPGA的简易触摸电子琴设计
基于FPGA的简易触摸电子琴设计作者：崔智军刘昭元张瑜来源：《现代电子技术》2014年第22期摘要：简易触摸电子琴是以FPGA芯片作为系统控制核心，通过数控分频的原理实现音乐自动播放、琴键演奏的功能，有限状态机实现触摸控制和LCD显示驱动，再采用友晶科技的4.3寸液晶触摸显示屏（LTM）完成简易触摸电子琴模式选择控制和琴键显示控制。
在DE0⁃Nano FPGA（Altera Cyclone Ⅳ）开发板上的测试表明，所设计的低成本简易触摸电子琴可以实现触摸控制弹奏和自动播放乐曲的功能，同时具有较高的实用价值。
关键词： FPGA；电子琴；液晶显示屏；有限状态机中图分类号： TN710⁃34； TP332 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）22⁃0114⁃03Design of simple touch electronic piano based on FPGACUI Zhi⁃jun1， LIU Zhao⁃yuan2， ZHANG Yu1（1. Department of Electronics and Information Engineering， Ankang University， Ankang 725000， China；2. Xi’an ZTE New Software Co.， Ltd，Xi’an 710129， China）Abstract： The simple touch electronic piano， which takes FPGA chip as system control core， employs the principle of NC divider to achieve automatic music playing， finite state machine to realize the touch control and LCD display drive， and 4.3 inch LCD touch panel Module （LTM）of Terasic to complete a simple touch electronic piano mode selection control and key display control. The test on DE0⁃NanoFPGA （Altera Cyclone IV） development board show that the design of low⁃cost simple touch electronic piano can achieve the functions of touch control and automatic music playing， and also has high practical value.Keywords： field programmable gate array； electronic piano； liquid crystal display； finite state machine0 引言电子琴因其操作简单，且能模拟各种传统乐器的音色，而深受消费者喜欢。
基于FPGA的电子琴设计
基于FPGA的电子琴设计电子琴由于操作相对比较简单，并且能够模拟几乎所有传统乐器的音色，因而深受广大消费者的喜爱。
近年来，在数字系统的设计领域融入了一种新型的设计技术：数字系统设计的自动化技术EDA （Electronic Design Automation）。
该技术优越之处在于系统设计的效率高、保密性强、集成度好、易于修改和实现等。
因此，一跃成为当下数字系统设计领域的主流技术，并被越来越广泛地应用到相关领域中，其中，被应用到电子琴的设计与实现中去就是一个相当重要的尝试及应用。
本文所设计的电子琴基于一种可编程逻辑控制器件：FPGA（Field Programmable Logical Device）芯片，首先采用Visual Basic来设计上位机琴键的控制界面程序，再利用VHDL硬件描述语言设计系统的核心部件（演奏电路）以及配合使用一些适当和必要的外围电路，并且，核心部件的模块通过QUARTUS II这个平台，自顶而下地进行下载到Altera芯片上，其中，上位机经RS232串行口能够直接和FPGA进行通信，从而完成数据的交换工作。
该演奏电路由琴键控制界面直接进行音调的输入，并通过RS232的通信方式来控制从而可以发出DO、RE、MI等共计8个音调，经由蜂鸣器出声，顺利行使完成演奏功能。
可从琴键上手动直接进行演奏各种电路，亦可自动开始乐曲演奏，而且能够模拟笛子、小号、风琴、单簧和双簧等传统乐器。
同通常所见到的电了琴的设计一样，该电子琴采用总计61个按键，共划分为5个音区，每个音区包含12个琴键，即7个白色的琴键与5个黑色的琴键（为半音键），在进行演奏的时候能够动态显示各音名。
1 系统设计为了使电子琴的演奏电路完美实现8个音键的控制和顺利播放已经编好的音乐，对系统的设计就应有所要求。
根据各个音调的频率差异来实现当演奏者按不同的音键时从而发出的声音又了差别。
当八位发声控制键的输入中有一位是高电平时，那么，对应这一音阶其初始计数值被作为获得此音阶分频的预置值而将送至预制数计数器，而后预制数计数器就会输出相应的频率，同时输出的还有对应音阶简谱的显示代码，然后，该频率通过二分频器被送至扬声器，在扬声器处能够发出相对应该音符的声音，与此同时，该音名将显示在数码管上。
基于FPGA的简易电子琴设计
课程设计任务书开题报告皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表简易电子琴的设计学生姓名：王春指导老师：郑大腾摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，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，它可以通过按键输入来控制音响。
多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。
该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴发声模块、存储器模块和选择控制模块。
用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。
不仅能实现弹琴和演奏的功能，它还能实现“复读”的功能，就是可以存储任意一段音乐，并且可以即时的播放出来。
系统实现是用硬件描述语言VHDL 按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。
本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。
本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。
关键字电子琴；EDA；VHDL；音调发生；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；电子琴系统；AbstractThis system is designed using EDA technology a simple eight-note keyboard, the system clock divider based on the principle of the computer, using top-down design methodology to implement, it can be controlled through the key input audio. Multi-function keyboard is designed to be an ordinary keyboard in the original expansion on the basis of a design. The design of the keyboard in general consists of three modules, namely the keyboard soundmodules, memory modules and select the control module. Ultra high-speed hardware description language VHDL programming function of each module. Not only can realize the function of playing and playing, it can achieve "repeat" function, which can store any piece of music, and real-time play out. System implementation is to use hardware description language VHDL modular way by design, then programming, timing simulation, integration. The system features a relatively complete, there is a certain value. This paper introduces the overall design of the keyboard system, and based on high speed hardware description language VHDL in Xilinx's Spartan Ⅱ series 2sc200PQ208-5 chip programming.KeywordKeyboard; EDA; VHDL; tone occurred;field programmable logic device FPGA;ultra high-speed hardware description language VHDL; organ systems;目录1 引言..................................................................1.1设计的目的...........................................................1.2设计的基本内容.......................................................2 FPGA、EDA、VHDL简介....................................................2.1FPGA工作原理 ........................................................2.1.2 FPGA的基本特点....................................................2.2EDA技术...............................................................2.3硬件描述语言——VHDL ...................................................2.3.1 VHDL的简介.......................................................2.3.2 VHDL语言的特点...................................................2.3.3VHDL语言上机操作条件.............................................2.3.4 VHDL的设计流程...................................................3 音乐知识介绍............................................................4 简易电子琴设计..........................................................4.1系统设计的总思路.....................................................4.2程序设计的流程图.....................................................4.3简易电子琴的工作流程图...............................................4.4简易电子琴中各模块的设计.............................................4.4.1 乐曲自动演奏模块...................................................4.4.2 音调发生模块.......................................................4.4.3 数控分频模块.......................................................4.4.4 顶层设计...........................................................5 系统仿真.................................................................6 结束语..................................................................致谢..................................................................... 参考文献................................................................. 附录.....................................................................1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
基于FPGA的电子琴设计课程设计
基于FPGA的电子琴设计课程设计摘要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。
实现方法有许多种。
现用可编程逻辑器件（PLD）来完成该设计。
核心是一数控分频器，对输入的脉冲进行分频，得到每个音阶对应的频率，由此实现简易电子琴的发音功能。
电子琴可演奏由键盘输入的音阶，同时在数码管上显示对应音节的频率。
本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144C8芯片上编程实现；经仿真，调试基本能够达到技术指标，仿真结果基本正确。
关键词音乐译码电路模块，VHDL，数控分频，电子琴AbstractMusic performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。
The design is accomplished using a programmable logic device (PLD). The core is a numerical control frequency divider, the input pulse frequency, the frequency of each scale corresponding to the frequency, thus achieving the function of simple electronic piano. The electronic piano can be played by the keyboard input of the scale, while in the digital tube display the corresponding syllable frequency. The design based on ultra high speed hardware description language VHDL on Altera's cyclone II Series ep2c5t144c8 chip programming; the simulation and debugging can basically meet the technical indicators, and the result of simulation is correct.Keywords Music decoder circuit module，VHDL，Numerical control pointing frequency modules，electronic organ目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)2 VHDL简述及应用 (2)2.1VHDL简述 (2)2.2 VHDL的应用 (2)3 FPGA的简述 (3)3.1 FPGA的介绍 (3)3.2 FPGA的整体结构 (3)3.3 Altera公司的FPGA (3)4 电子琴演奏系统设计原理分析 (4)4.1电子琴演奏设计的基本要求 (4)4.2电子琴演奏原理 (4)4.3音名与频率的关系 (5)4.4控制音长的节拍发生器 (6)5 电子琴硬件演奏电路的层次化设计方案 (8)5.1按键控制模块 (8)5.2自动演奏模块 (8)5.3自动播放控制模块 (9)5.4数控分频模块设计 (9)5.5数码管译码显示 (10)5.6音频驱动模块 (10)结论 (11)致谢 (12)参考文献 (13)附录1 (14)附录2 (15)1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
基于FPGA硬件电子琴设计
摘要文中介绍了电子琴系统的整体设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在Xilinx公司的SpartanⅡ系列的EMP240T100C5N芯片上编程实现.电子琴系统的设计包含四个模块,分别是控制输入电路、FPGA、显示电路和扬声器电路。
其中FPGA模块的设计是整个电子琴系统设计的核心内容。
四个模块的有机组合完成了电子琴自动演奏的功能。
文中还详细介绍了FPGA功能模块的原理及其工作时序仿真图。
本产品的特点是成本较低，性能稳定，精度高，有一定的开发价值。
目录摘要 (2)一、整体设计方案 (4)1.1设计要求 (4)1.2整体设计原理 (4)1.3方案比较 (5)二、单元电路设计 (5)2.1实验原理 (5)2.2顶层模块的设计 (6)2.3音调发生器(tone)模块的设计 (6)2.4数控分频模块（speaker）的设计 (7)三、软件设计 (7)3.1 VHDL硬件描述语言简介 (7)3.2 软件设计 (8)四、系统测试 (9)4.1测试使用的仪器 (9)4.2测试方法 (9)4.3指标测试和测试结果 (9)五、心得 (11)附录 (12)参考文献 (15)一、整体设计方案1.1 设计要求利用数控分频器设计硬件电子琴，当按下琴键时，扬声器发出该琴键相对应的音阶，同时数码管显示音阶数字，若为高音时，二极管点亮。
1.2 整体设计原理本设计可以通过多种方案来实现，下面就主要的三种方案进行阐述和比较。
方案一:采用数字逻辑电路制作，用IC 拼凑焊接实现，这种电路很直观，简单方便。
但应用数字逻辑电路制作的话，使用的器件较多，连接复杂，体积大，功耗大。
电路中焊点和线路较多会,使成品的稳定度和精度大大降低。
方案二:采用现场可编程逻辑器件（FPGA）制作，利用EDA软件中的VHDL硬件描述语言编程进行控制，然后烧制实现.采用FPGA来设计的原理图如图1.1所示.它由控制输入电路、FPGA、显示电路和扬声器电路组成。
图1.1 采用FPGA设计的电子琴原理方框图控制输入电路主要是为用户设计的,起到一个输入控制的作用.FPGA是现场可编程逻辑器件,也是本设计方案的核心内容,它是实现电子琴运作的主要控制模块.由设计者把编好的VHDL程序烧制到现场可编程逻辑器件FPGA中,然后通过控制输入电路把乐谱输入到FPGA,产生不同的频率驱动扬声器,发出不同的乐谱.同时也把发出的乐谱符号通过显示器输出.方案三:单片机现在已经达到很成熟的阶段了,它的应用也十分广泛. 采用单片机来实现电子琴,它的原理方框图与用FPGA来实现的原理方框图类似,如图1.2所示。
FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计
FPGA课程设计报告题目：简易电子琴设计及FPGA功能验证院系：专业班级：学生姓名： XX导师姓名： XX起止时间： 2012、6、18至2012、6、29一、课程设计任务：本设计一个简易电子琴，具体功能如下：1、具有手动弹奏和自动播放功能；2、以按键或开关作为电子琴的琴键，输出7个音节的音阶；3、可以自动播放曲目至少两首。
二、课程设计目的：1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；2、深入学习Verilog HDL，了解其编程环境；3、学会运用Modelsim和Quartus II等编程仿真软件；4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解Verilog HDL的学习；三、使用环境：1、软件：Modelsim和Quartus II等编程仿真软件；2、硬件：FPGA开发板。
四、课程设计详细方案及功能验证：1、总体实现方案：1、简易电子琴的设计通过软硬件结合实现，硬件系统包括主控器芯片、9个按键、LED、蜂鸣器等，软件资源包括编写Verilog HDL程序的应用软件Modelsim和仿真软件Quartus II。
电子琴有按键代替琴键的弹奏功能和自动播放功能。
2、整个程序总共分5个模块：主模块，按键模块，曲目1模块，曲目2模块，曲目3模块。
整个方案总共用了9个按键（key1~key9），按键key1~key7作为琴键，通过这七个按键键入不同的音阶。
主模块中key8、key9两个按键用于选择是自动播放还是弹奏曲目，令mm=（key8、key9），用mm值的不同选择调用不同模块。
如果mm=00，则程序调用按键模块；如果mm=01，则调用曲目1模块，播放曲目1；如果mm=10，则调用曲目2模块，播放曲目2；如果mm11，则调用曲目3模块，播放曲目3。
本次设计的框图：2、输入输出信号描述：3、顶层划分：key1.key2.key3.key4.key5.key6.key7.key8.key94、主要模块：主模块：功能描述：是四个子模块的核心，通过主模块分别调用四个不同的子模块。
基于FPGA电子琴设计实验报告
西南科技大学电工学，电子技术学生实验报告课程名称FPGA现代数字系统设计实验名称硬件电子琴电路设计姓名学号********班级电子0902指导老师评分2012年4月19日1.实验目的：1．进一步熟悉QUARTUS II软件的使用。
2．学习和熟悉时序电路的设计，仿真和硬件测试。
3.学习利用数控分频器设计硬件电子琴实验。
2.实验原理：1.主系统由3个模块组成，例1是顶层设计文件，其内部有三个功能模块（如图1所示）：Speakera.v(例4) 和ToneTaba.v (例3)，NoteTabs.v (例2)。
2.模块ToneTaba是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。
3.模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。
4.增加一个NoteTabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。
1.实验内容和步骤：1.打开桌面上的QUARTUS II 软件。
2.选择File菜单建立XULIEQI的工程(project)，参数按实验指导书设置。
由File->new,可打开下面的选项，选择Verilog HDL File，按ok继续。
在在打开的空白文档，编辑顶层模块的Verilog描述，并保存。
module songer(Clk1,Clk2,Code1,High1,Spkout);input Clk1,Clk2;output[3:0] Code1;output High1,Spkout;wire[10:0] Tone;wire[3:0] ToneIndex;wire Q1,Q2;NoteTabs u0( .Clk(Q2),.ToneIndex(ToneIndex) );ToneTaba u1( .Index(ToneIndex),.Code(Code1),.High(High1),.Tone(Tone) );Speakera u2( .Clk(Q1),.Tone(Tone),.SpkS(Spkout) );div_50 u3( .Clk1(Clk1),.Q1(Q1) );div_27 u4( .Clk2(Clk2),.Q2(Q2) );Endmodule3.由File->new,可打开下面的选项，选择Verilog HDL File，按ok继续。
基于FPGA的电子琴设计FPGA实训
基于FPGA的电子琴设计FPGA实训第一章绪论1.1引言随着电子技术的飞速发展，微电子技术的进步主要表现在大规模集成电路加工技术即半导体工艺技术的发展上，使得表征半导体的工艺水平的线宽已经达到了60nm，并在不断地缩小，面在硅片单位面积上，集成了更多的晶体管。
集成电路设计正在不断地向超大规模，极低功耗和超高速的方向发展，电子产品的功能越来越强大，体积越来越小，功耗越来越低。
同时，利用可编程逻辑器件和EDA 技术使设计方法发生了质的变化。
把以前“电路设计+硬件搭试+调试焊接”转化为“功能设计+软件模拟+仿真下载”。
利用EDA 开发平台，采用可编程逻辑器件CPLD／FPGA 使硬件的功能可通过编程来实现，这种新的基于芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思维，实现多种复杂数字逻辑系统的功能，将原来由电路板设计完成的工作放到芯片的设计中进行，减少了连线和体积，提高了集成度，降低了干扰，大大减轻了电路设计和PCB设计的工作量和难度，增强了设计的灵活性，有效地提高了工作效率，增加了系统的可靠性和稳定性，提高了技术指标。
这些技术使得各种电子产品迅速的进入了我们的生活，我们处在一个被电子产品深度包围的时代，在一个普通老百姓的家里，衣食住行，每一个产品的诞生都离不开EDA技术，从彩色电视机，到智能冰箱，到全自动洗衣机，电饭煲，到微波炉，电磁炉，电子琴，再到个人随身用的手机，MP3音乐播放器都需要EDA技术提供支持。
本文应用VHDL硬件描述语言，设计一个乐曲硬件演奏电路，它能将一首预先设置存储好的乐曲自动播放出来，除此之外，也能够通过按键的方式输入音符，使其具备简易电子琴的功能。
通过此项研究，能够深切的体会利用EDA工具开发的优越性，在此基础上，对乐曲硬件演奏电路功能进行丰富，具体一定的社会实用性。
下面对乐曲演奏电路的设计与实现中涉及的EDA技术，以及EDA技术中常用的开发器件CPLD／FPGA可编程逻辑器件，开发语言VHDL以及开发软件QuartusⅡ作简单介绍。
基于FPGA的简易电子琴的设计.doc
基于FPGA的简易电子琴的设计..学校代码：学号：本科毕业设计说明书题目：基于FPGA的简易电子琴的设计学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：摘要我们都知道的当物体在振动或者在晃动的时候，能够发生声音。
并且如果振动的频率不同，而物体发出的声音就不同，因此音调也会不同。
在简易的电子琴的设计时候虽然没有振动的物体，比如簧，管，弦等，但是电子琴的内部却有很多电子类的装置，而这些电子类的装置只要开始工作就能使扬声器发出像振动的物体那样发出不同的声音。
当按动某个琴键，就会是相应的电子装置工作,从而使扬声器发出不同的音调。
本系统是采用EDA技术设计的一个简易电子琴，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，它可以通过按键输入来控制扬声器，同时也可以有自动播放歌曲的功能。
该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是控制输入电路，FPGA和扬声器电路。
用超高速硬件描述语言VHDL 编程可以实现各个模块的功能。
可以实现按键的输入和自动演奏的功能，同时可以即时的播放出来关键词：EDA；VHDL；FPGA；电子琴系统AbstractWe all know that when the vibration of an object that can happen to sound.And the frequency of the vibration is different, the object the sound is different, the tone will be different.Simple design of the keyboard when the vibrating object.Such as reed, tube, string, etc., but the keyboard's internal has a lot of electronic devices.These electronic devices to work can make the speakers like the vibration of objects that make different sounds.When pressing a key, the corresponding electronic devices work, so that speakers of different tones.This system is designed using EDA technology a simple eight- 学号：本科毕业设计说明书题目：基于FPGA的简易电子琴的设计学生姓名：学院：系别：专业：班级：指导教师：摘要我们都知道的当物体在振动或者在晃动的时候，能够发生声音。
基于FPGA的电子琴制作.
基于FPGA的电子琴制作【摘要】文章介绍了基于FPGA的电子琴的工作原理和设计过程。
用Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C16F484C6N芯片为核心器件，通过超高速硬件描述语言VHDL，在QuartusⅡ9.0平台上，实现了电子琴的手动弹奏和自动演奏功能。
本系统主要由音乐输入模块（music.vhd），音调发生模块(tone.vhd)和音频播放模块(speaker.vhd)组成。
拨动开关选择手动弹奏模式时，通过拨动音符开关和音调选择后就会选择相应的频率输出；拨动开关选择自动演奏模式时，音乐输入模块会将编写好的音乐简谱依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。
音频播放模块由分频器来实现，可产生21个频率，分别为低中音各7个音符，通过喇叭发出声音。
【关键词】FPGA ；QuartusⅡ；VHDL ；电子琴 ; 音符目录第一章引言1.1 课题解析1.2 VHDL语言与QuartusⅡ环境简介1.2.1 VHDL语言简介 1.2.2 QuartusⅡ环境简介第二章原理分析2.1 电子琴设计原理 2.2 系统设计的主要组成部分第三章硬件设计3.1 现场可编程门阵列FPGA简介 3.2 按键模块及其功能 3.3 显示模块及其功能第四章软件设计4.1 系统的流程4.2 设计模块 4.2.1音乐输入模块（music.vhd）4.2.2音调发生模块(tone.vhd)4.2.3音频播放模块(speaker.vhd)第五章软硬件的系统测试第六章心得体会6.1实验中遇到的问题和解决过程6.2 电子琴的进一步改进计划附录Ⅰ各个模块程序以及顶层原理图附录Ⅱ内置音乐简谱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大的贡献，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。
1.1课题分析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。
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第一章绪论1.1引言随着电子技术的飞速发展，微电子技术的进步主要表现在大规模集成电路加工技术即半导体工艺技术的发展上，使得表征半导体的工艺水平的线宽已经达到了60nm，并在不断地缩小，面在硅片单位面积上，集成了更多的晶体管。
集成电路设计正在不断地向超大规模，极低功耗和超高速的方向发展，电子产品的功能越来越强大，体积越来越小，功耗越来越低。
同时，利用可编程逻辑器件和EDA 技术使设计方法发生了质的变化。
把以前“电路设计+硬件搭试+调试焊接”转化为“功能设计+软件模拟+仿真下载”。
利用EDA 开发平台，采用可编程逻辑器件CPLD／FPGA 使硬件的功能可通过编程来实现，这种新的基于芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思维，实现多种复杂数字逻辑系统的功能，将原来由电路板设计完成的工作放到芯片的设计中进行，减少了连线和体积，提高了集成度，降低了干扰，大大减轻了电路设计和PCB设计的工作量和难度，增强了设计的灵活性，有效地提高了工作效率，增加了系统的可靠性和稳定性，提高了技术指标。
这些技术使得各种电子产品迅速的进入了我们的生活，我们处在一个被电子产品深度包围的时代，在一个普通老百姓的家里，衣食住行，每一个产品的诞生都离不开EDA技术，从彩色电视机，到智能冰箱，到全自动洗衣机，电饭煲，到微波炉，电磁炉，电子琴，再到个人随身用的手机，MP3音乐播放器都需要EDA 技术提供支持。
本文应用VHDL硬件描述语言，设计一个乐曲硬件演奏电路，它能将一首预先设置存储好的乐曲自动播放出来，除此之外，也能够通过按键的方式输入音符，使其具备简易电子琴的功能。
通过此项研究，能够深切的体会利用EDA工具开发的优越性，在此基础上，对乐曲硬件演奏电路功能进行丰富，具体一定的社会实用性。
下面对乐曲演奏电路的设计与实现中涉及的EDA技术，以及EDA技术中常用的开发器件CPLD／FPGA可编程逻辑器件，开发语言VHDL以及开发软件Quartus Ⅱ作简单介绍。
1.2 EDA简介EDA是电子设计自动化（ElectrONic Design AUTOMATION）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
1.3 FPGA简介FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
FPGA的基本特点主要有1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。
用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。
掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。
FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。
当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。
这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。
因此，FPGA的使用非常灵活。
FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。
1.4 VHDL语言简介VHDL 的英文全名是VHSIC Hardware Description Language(VHSIC硬件描述语言)。
VHSIC是Very High Speed Integrated Circuit的缩写，是20世纪80年代在美国国防部的资助下始创的，并最终导致了VHDL语言的出现。
1987 年底，VHDL被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描述语言。
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。
VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，及端口）和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。
在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。
这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点1.5 Quartus II简介Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。
具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。
Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。
对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。
此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。
QuartusII图标Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。
目前Altera已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。
Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便的使用方法。
Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。
第二章总体设计2.1方案设计与比较2.1.1设计内容用FPGA器件驱动蜂鸣器演奏“送别”片段，一首乐曲包含三个要素：乐曲声音的频率，发音时间的长短，停顿的时间。
按照图1乐谱，设计相应电路控制speaker信号的方波频率，某一频率持续时间长短，各频率间间隔大小，就可以推动蜂鸣器演奏乐曲。
2.1.2 设计方案比较方案一: 由单片机AT89S52来设计实现乐曲演奏电路。
外围电源使用+5V电源供电，时钟由12MHz的晶振产生，通过按键的状态来检测乐曲演奏的状态，中央处理器由AT89S52单片机来完成，乐曲演奏状态由七段数码管来模拟。
这种方案结构简单，比较易掌握，各部分电路实现起来野非常容易，在传统的乐曲演奏设计中应用也较为广泛。
其原理框图如图2。
图1 单片机乐曲演奏原理图方案二：基于现场可编程逻辑门阵列FPGA，通过EDA技术，采用VerilogHDL 硬件描述语言实现乐曲演奏电路设计。
程序设计思想为：1、用频电路产生不同频率方波；2、利用计数器实现speaker信号频率选择，某一频率持续时间长短，各频率间间隔大小。
其框图如图2。
图2 乐曲演奏电路原理框图2.1.3方案论证与选择通过方案一、二的比较，可以看出方案一的设计使用的分立元件电路较多，因此会使电路调试困难度增加，且电路的不稳定性也会随之增加；而采用FPGA 芯片实现该电路，在整体性上较方案一好，在信号的处理和整个系统的控制中,方案二也能大大缩减电路的体积,提高电路的稳定性并且系统的调试周期也能大大缩短。
由于它们完全不同的工作原理，一般来讲，同样的逻辑，基于FPGA设计比基于单片机设计快很多。
单片机是基于指令工作的，单片机的时钟驱动着程序一步步的执行。
而基于FPGA则是把相应的逻辑“暂时”固化为硬件电路，而后的不响应速度就是电信号从一个管脚到另一个管脚的传播速度，同时电信号也要在芯片内进行一些栅电容的充放电动作，但这些动作都是非常非常快的。
从目前的EDA技术来看，其特点是应用广泛、使用普及、软件功能强大。
在ASIC和PLD器件方面，向高密度、超高速、低电压、低功耗方向发展。
当今社会人们对低故障、高实时、高可靠、高稳定性能更加青睐，综合本设计的要求以及以上比较的情况，我们选择基于FPGA的乐曲演奏电路的设计方案。
2.2 硬件设计2.2.1稳压电源电路该稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
该电路可为晶振电路以及扬声器提供+3.3V的稳定电压，驱动器件工作。
其原理图如图3所示。
图3 系统的稳压电源电路2.2.2有源晶振电路采用有源晶振作为时钟信号源，它是一个完整的振荡器，其内部除了石英晶体外还有阻容软件和晶体管，有源晶振信号质量好，比较稳定，而且连接方式比较简单。
主要是作为电源滤波，通常使用的为一个电容和电感组成的PI型滤波网络，输出端使用一个小阻值电阻过滤信号。
串电阻可减小反射波，避免反射波叠加引起过冲，减少谐波以及阻抗匹配，减小回波干扰及导致的信号过冲。