基于FPGA的简易电子琴设计

皖西学院毕业论文设计第1页共40页第1页课程设计任务书系别：机械与电子工程学院专业：电子与通信学生姓名学号毕业论文（设计）题目：基于FPGA的简易电子琴设计毕业论文（设计）内容：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、演奏时可以选择是手动演奏（由键盘输入）还是自动演奏已存入的乐曲。3、能够自动演奏多首乐曲，且每首乐曲可重复演奏。毕业论文（设计）要求及应完成的工作：1、可从图书馆、数据库等网上查找相关资料，要求阅读与课题相关资料60篇以上。2、按内容要求及进度安排完成表格、论文等毕业设计任务。进度安排毕业论文（设计）各阶段名称起止日期1下达任务书,查阅文献资料2010.12.26～2011.2.12初步提出设计方案,完成开题报告2011.2.1～2011.3.63设计与实施方案,完成中期检查要求2011.3.6～2011.4.154完成毕业设计任务,完成毕业论文的撰写2011.4.15～2011.5.295毕业论文评阅,学生答辩2011.5.29～2011.6.12应收集的资料、主要参考文献及实习地点：1、与FPGA相关的资料；2、与VHDL相关的资料；3、音乐知识方面的资料；指导教师签字:郑大腾2010年12月26日系主任签字：年月日皖西学院毕业论文设计第2页共40页第2页开题报告系别：机电学院专业：电子信息科学与技术学生姓名王春学号20071272指导教师郑大腾职称教授所选题目名称：基于FPGA的简易电子琴设计课题研究现状：我们生活在一个信息时代，各种电子产品层出不穷，作为一个电子信息专业的学生，了解这些电子产品的基本组成和设计原理是十分必要的，我们学习的是EDA相关的理论知识，而课程设计正是对我们学习的理论的实践与巩固。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，其理论基础来源于计算机组成原理的时钟分频器。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学部门广泛使用。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。课题研究目的：本次设计的目的就是在掌握计算机组成原理理论的基础上，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、解决计算机实际问题的能力。皖西学院毕业论文设计第3页共40页第3页课题研究内容：基于MAX+PLUS平台，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。本课程设计主要是利用硬件描述语言VHDL的设计思想，采用自顶向下的方法，划分模块来设计简易电子琴中的几个模块。通过课程设计深入理解和掌握计算机的基本知识，并且掌握课堂上所学到的理论知识，达到课程设计的目的。课题研究计划：1．进行电路分析，通过电路分析，确定整个电路大概的规模。2．进行电路分析，通过电路分析，确定该电路该具有那些功能，有那些模块，各个模块之间是怎样联系的，以及怎样组合的。3．建立仿真，通过对电路的分析，我们要确定仿真图的结构是怎么样的，使得仿真得以实现，完成需求。4．电路模块的拼装，组装成一个电路5．进行程序设计，包裹主程序，调试，调试整个的电路的功能，看各个功能是否能正常运行，并找出程序中的错误，改正这些错误。6．撰写毕业论文及答辩。主要参考文献：[1]曹昕燕,周凤臣.EDA技术实验与课程设计.北京:清华大学出版社,2006[2]张亦华,延明.数字电路EDA入门.北京:北京邮电大学出版社,2003[3］王爱英.计算机组成与结构.北京:清华大学出版社,2007[4]杨刚,龙海燕.现代电子技术——VHDL与数字系统设计.北京:电子工业出版社,2004[5]高书莉、罗朝霞.《可编程逻辑设计技术及应用》[M].北京：人民邮电出版社，2001年（第一版）。[6]黄正谨、徐坚、章小丽等.《CPLD系统设计技术入门与应用》[M].北京：电子工业出版社，2002年（第一版）。[7]潘松、黄继业.《EDA技术实用教程》[M].北京：科学出版社，2002年（第一版）。皖西学院毕业论文设计第4页共40页第4页皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表系别：机电学院专业：电子信息科学与技术毕业论文（设计）题目：基于FPGA简易电子琴设计学生姓名王春学号20071272指导教师郑大腾职称教授计划完成时间：2010.12.26～2011.6.12毕业论文（设计）的进度安排：（1）收到任务书,查阅相关文献资料2010.12.26～2011.2.1（2）初步提出设计方案,完成开题报告2011.2.1～2011.3.6（3）设计与实施方案,完成中期检查要求2011.3.6～2011.4.15（4）完成毕业设计任务,完成毕业论文的撰写2011.4.15～2011.5.29（5）毕业论文评阅,做答辩准备2011.5.29～2011.6.12完成情况：经过前期的查阅相关资料和咨询，基本对课题有了深一步的了解。在了解设计目的和相关内容后我着手查阅EDA、FPGA、VHDL相关资料，了解有关知识，基本会操作应用软件。准备工作做好之后就开始规划设计思路，目前已经初步设计出电子琴的工作原理图，大体知道我所设计的电子琴是由三个基本模块组成的，它们分别是乐曲自动演奏模块，音调发生模块，数控分频模块，同时我还对各个模块进行了分析乐曲自动演奏模块，音调发生模块，数控分频模块。论文的初稿基本已经形成，有待进一步加工修饰。指导教师意见：年月日备注：皖西学院毕业论文设计第5页共40页第5页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；AbstractThissystemisdesignedusingEDAtechnologyasimpleeight-notekeyboard,thesystemclockdividerbasedontheprincipleofthecomputer,usingtop-downdesignmethodologytoimplement,itcanbecontrolledthroughthekeyinputaudio.Multi-functionkeyboardisdesignedtobeanordinarykeyboardintheoriginalexpansiononthebasisofadesign.Thedesignofthekeyboardingeneralconsistsofthreemodules,namelythekeyboardsound皖西学院毕业论文设计第6页共40页第6页modules,memorymodulesandselectthecontrolmodule.Ultrahigh-speedhardwaredescriptionlanguageVHDLprogrammingfunctionofeachmodule.Notonlycanrealizethefunctionofplayingandplaying,itcanachieverepeatfunction,whichcanstoreanypieceofmusic,andreal-timeplayout.SystemimplementationistousehardwaredescriptionlanguageVHDLmodularwaybydesign,thenprogramming,timingsimulation,integration.Thesystemfeaturesarelativelycomplete,thereisacertainvalue.Thispaperintroducestheoveralldesignofthekeyboardsystem,andbasedonhighspeedhardwaredescriptionlanguageVHDLinXilinx'sSpartanⅡseries2sc200PQ208-5chipprogramming.KeywordKeyboard;EDA;VHDL;toneoccurred;fieldprogrammablelogicdeviceFPGA;ultrahigh-speedhardwaredescriptionlanguageVHDL;organsystems;皖西学院毕业论文设计第7页共40页第7页目录1引言..................................................................1.1设计的目的...........................................................1.2设计的基本内容.......................................................2FPGA、EDA、VHDL简介....................................................2.1FPGA工作原理........................................................2.1.2FPGA的基本特点....................................................2.2EDA技术...............................................................2.3硬件描述语言——VHDL...................................................2.3.1VHDL的简介.......................................................2.3.2VHDL语言的特点...................................................2.3.3VHDL语言上