音乐发生器及简单电子琴eda设计方案

音乐发生器及简单电子琴的eda设计摘要本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴和音乐发生器，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。

系统由乐曲自动演奏模块、乐器演示模块琴/乐功能选择模块、音调发生模块和数控分频模块五个部分组成。

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、整合。

本系统功能比较齐全，有一定的使用价值。

关键字电子琴；EDA；VHDL；音调发生；QuartusII；1 引言：1.1设计目的1）利用数控分频器设计一个电子琴硬件电路和音乐发生器2）演奏时可以选择是手演奏<键盘输入）或自动演奏已存入的乐曲，并且能自动重复演奏1.2设计的基本内容运用VHDL语言对简易电子琴的各个模块进行设计，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证。

本设计包含如下三个模块：乐曲自动演奏模块，音调发生模块，数控分频模块，最后把各个模块整合后，通过电路的输入输出对应关系连接起来2.1 EDA技术EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。

包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。

目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教案部门广泛使用。

例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。

2.2 硬件描述语言——VHDL2.2.1 VHDL的简介VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。

1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。

VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言，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<或称可是部分,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。

2.2.2 VHDL语言的特点功能强大、设计灵活。

支持广泛、易于修改。

强大的系统硬件描述能力。

独立于器件的设计、与工艺无关。

很强的移植能力。

2.2.3 VHDL的设计流程用VHDL语言设计电路的流程：在用VHDL语言来设计电路时,主要的过程是这样的：<1）使用文本编辑器输入设计源文件。

<2）使用编译工具编译源文件。

VHDL的编译器有很多，ACTIVE公司，MODELSIM公司，SYNPLICITY公司，SYNOPSYS公司，VERIBEST公司等都有自己的编译器。

<3）功能仿真。

对于某些人而言，仿真这一步似乎是可有可无的。

但是对于一个可靠的设计而言，任何设计最好都进行仿真，以保证设计的可靠性。

另外，对于作为一个独立的设计工程而言，仿真文件的提供足可以证明你设计的完整性。

<4）综合。

综合的目的是在于将设计的源文件由语言转换为实际的电路。

这一部分的最终目的是生成门电路级的网表<Netlist）。

<5）布局、布线。

这一步的目的是生成用于烧写的编程文件。

在这一步，将用到第<4）步生成的网表并根据CPLD/FPG厂商的器件容量，结构等进行布局、布线。

这就好像在设计PCB 时的布局布线一样。

先将各个设计中的门根据网表的内容和器件的结构放在器件的特定部位。

然后，在根据网表中提供的各门的连接，把各个门的输入输出连接起来。

<6）后仿真。

这一步主要是为了确定你的设计在经过布局布线之后，是不是还满足你的设计要求。

3 简易电子琴设计过程3.1简易电子琴的工作原理音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

该电子琴可以实现两个功能，用按键CS来选择不同功能，第一种功能是用手动即通过按键的形式输入不同音名，第二种功能是音乐发生器，可以自动重复播放“梁祝”音乐。

当CS为高电平1时，选择功能二，当CS为低电平0时，选择功能一，由于本设计是利用的GW48EDA_PK3实验系统，选择的是NO.3方案，所以要长按实验箱上的八键，才会选择功能二。

其硬件原理图如图一<图一）3.2简易电子琴的工作流程图如图二所示<图二）3.3简易电子琴中各模块的设计系统内部结构图如下图图三所示<图三）3.3.1琴/乐功能选择器BMUX模块程序：library ieee。

use ieee.std_logic_1164.all。

entity bmux is port(index1:in std_logic_vector(3 downto 0>。

index2:in std_logic_vector(3 downto 0>。

cs :in std_logic。

toneindex:out std_logic_vector(3 downto 0>>。

end。

architecture arc_bmux of bmux isbeginprocess(cs>begincase cs iswhen '0'=>toneindex<=index1。

when '1'=>toneindex<=index2。

when others=>toneindex<=null。

end case。

end process。

end arc_bmux。

3.3.2乐曲自动演奏notetabs模块程序：library ieee。

use ieee.std_logic_1164.all。

entity notetabs isport(CLK:in std_logic。

toneindex2:out std_logic_vector(3 downto 0>>。

end notetabs。

architecture one of notetabs issignal counter:integer range 0 to 138。

begincnt8:process(clk>beginif counter=138 thencounter<=0。

elsif clk'event and clk='1'thencounter<=counter+1。

end if。

end process。

search:process(counter>begincase counter iswhen 00=>toneindex2<="0011"。

when 01=>toneindex2<="0011"。

when 02=>toneindex2<="0011"。

when 03=>toneindex2<="0011"。

when 04=>toneindex2<="0101"。

when 05=>toneindex2<="0101"。

when 06=>toneindex2<="0101"。

when 07=>toneindex2<="0110"。

when 08=>toneindex2<="1000"。

when 09=>toneindex2<="1000"。

when 10=>toneindex2<="1000"。

when 11=>toneindex2<="1001"。

when 12=>toneindex2<="0110"。

when 13=>toneindex2<="1000"。

when 14=>toneindex2<="0101"。

when 15=>toneindex2<="0101"。

when 16=>toneindex2<="1100"。

when 17=>toneindex2<="1100"。

when 18=>toneindex2<="1100"。

when 19=>toneindex2<="1111"。

when 20=>toneindex2<="1101"。

when 21=>toneindex2<="1100"。

when 22=>toneindex2<="1010"。

when 23=>toneindex2<="1100"。

when 24=>toneindex2<="1001"。

when 25=>toneindex2<="1001"。

when 26=>toneindex2<="1001"。

when 27=>toneindex2<="1001"。

when 28=>toneindex2<="1001"。