电子琴的设计八音阶

目录

摘要 (2)

关键字 (2)

第一章系统设计 (2)

1.1 设计要求 (2)

1.1.1 基本部分 (2)

1.1.2 发挥部分 (2)

1.2总体设计方案 (2)

1.2.1 设计思路 (3)

1.2.2 方案比较 (3)

1.2.3 系统组成和工作原理 (3)

第二章单元电路设计 (4)

2.1顶层模块(top)的设计 (4)

2.2自动演奏模块（automusic）的设计 (4)

2.3音调发生模块（tone）的设计 (4)

2.4数控分频模块（speaker）的设计 (4)

第三章软件设计 (5)

3.1VHDL语言简介 (5)

3.2软件设计 (5)

第四章系统测试 (6)

4.1测试使用的仪器 (6)

4.2测试方法 (6)

4.3指标测试和测试结果 (6)

第五章结束语 (6)

第六章参考文献 (6)

第七章附录 (7)

电子琴的设计

摘要：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或切换到自动演奏存储在电子琴内的乐曲。本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Xilinx公司的SpartanⅡ系列的XC2S2005PQ-208芯片上编程实现；经仿真，硬件测试和调试基本能够达到技术指标，实验结果和仿真结果基本一致。

关键词：PLD，VHDL，数控分频，电子琴

The Design of Electrical Organ

Cao Xueke Tan Xianfeng Tian Dandan

（Nanhua University HengYang Hunan 421001）

Teacher：Wang Yan

Abstract：The design is acplished with Programmable-Logic-Device(PLD).The core of it is a

numerical control frequency divider, which can divide the input pulse into the corresponding frequency to the musical scale, so that it can achieve the sounding function of simple electronic organ. The organ can play the musical scale put in with a keyboard or switch to auto play the melody stored in it. The design is programmed with VHDL and realized in the chip of XC2005PQ-208 Xilinx series. It can basically reach the technique index after simulating, hardware debugging.The experiment result is consonant with the simulating result.

Keywords：PLD, VHDL, numerical control frequency divider, electrical organ

第一章系统设计

1.1 设计要求

1.1.1 基本部分

设计一八音电子琴，由键盘输入来控制其对应的音响。

1.1.2 发挥部分

设计一乐曲自动演奏器，由用户自己编制乐曲存入电子琴，电子琴可以完成自动演奏的功能。

1.2 总体设计方案

1.2.1 设计思路

通过可编程逻辑器件（PLD）和VHDL硬件描述引言来实现电子琴的基本部分和发挥部分的设计。对于基本部分，设计的主体是数控分频器，对输入的频率进行分频，得到各个音阶对应的频率最为输出。对于发挥部分，则在原设计的基础上，增加一个乐曲存储模块，代替了键盘输入，产生节拍控制（index数据存留时间）和音阶选择信号，即在此模块中可存放一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器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。

1.2.2方案比较

方案一：由单片机来完成设计。可用单片机控制键盘的输入，以及产生相应的频率信号作为输出。目前，单片机的功能已比较强大，集成度日益增高且其设计和控制比较容易。但是由于在传统的单片机设计系统中必须使用许多分立元件组成单片机的外围电路，如锁存器，译码器等都需要单独的电路，因此整个系统显得十分复杂，抗干扰性差，在运行过程中容易死机或进入死循环，可靠性降低，而功耗费用增高。

方案二：利用PLC来完成设计。目前利用PLC的技术已经比较成熟。PLC有其优点，其性能优异，体积小，可靠性和精度都比较好，在电子琴的设计中可采用PLC来完成硬件的控制，但是用PLC实现编程相对比较复杂，对于电子琴这种小型设计来说成本过高，。

方案三：利用可编程逻辑器件PLD来完成该设计。利用PLD可以很好的解决上述的问题。它的成品体积小，适合电子琴这种小型设计。其性能稳定，控制精度高（Xilinx公司的高密度，高速可预测延时，高性能系列芯片），易于管理和屏蔽，抗干扰能力强，可靠性高。

综上，在本设计中选择第三种方案最优。

1.2.3系统组成及工作原理

图1-2-3-1为系统的工作原理框图。由于实验设备所限，提供的基准脉冲为32MHz，所以在本设计中需要将其进行分频，以得到所需要的脉冲（实际在设计中将分频部分包括了