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基于VHDL的FPGA簡易電子琴（實(shí)現(xiàn)三音階切換與彈奏）

2年前作者：鴿嗚顧分類：Toy博客閱讀(18)違法舉報(bào)

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了基于VHDL的FPGA簡易電子琴（實(shí)現(xiàn)三音階切換與彈奏）。希望對大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問。

目錄

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介

二、系統(tǒng)框圖

1、簡易框圖

?2、總電路圖（quarters軟件自動生成）

三、代碼說明?

1、總體代碼

2、代碼思路

四、仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果與分析總結(jié)

1、仿真思路

2、仿真建立過程

3、仿真結(jié)果檢驗(yàn)

?

（1）靜音功能檢驗(yàn)

（2）琴鍵功能檢驗(yàn)

（3）模式選擇功能檢驗(yàn)

五、心得體會

六、開發(fā)板管腳介紹及管腳對應(yīng)

1、開發(fā)板管腳介紹

2、管腳對應(yīng)?

七、程序下載到實(shí)驗(yàn)板的步驟

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介

? ? ? ? 本項(xiàng)目中介紹了電子琴系統(tǒng)的整體的設(shè)計(jì),并基于超高速硬件描述語言VHDL在相關(guān)的芯片上編程實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)是采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡易的十三音符電子琴，該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘分頻器的原理，可以通過對時(shí)鐘脈沖的分頻，并根據(jù)按鍵輸入設(shè)置分頻系數(shù)，進(jìn)而控制無源蜂鳴器的發(fā)聲頻率，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易電子琴的設(shè)計(jì)。

? ? ? 基于Quartus Ⅱ軟件平臺，本小組運(yùn)用VHDL語言對簡易電子琴進(jìn)行了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，程序仿真以及波形驗(yàn)證。該電子琴的代碼中主要實(shí)現(xiàn)了分頻，消抖，模式選擇，琴鍵發(fā)聲等功能，超速硬件描述語言VHDL編程實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高中低三個(gè)音階的切換，每個(gè)音階對應(yīng)八個(gè)不同的琴鍵。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是用硬件描述語言VHDL按照模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行編程、時(shí)序仿真、總體整合。本系統(tǒng)的功能比較齊全，對于實(shí)際的電子琴功能仿真程度較高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

? ? ?在實(shí)現(xiàn)功能上，該電子琴可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)音階的按鍵切換，并設(shè)置有鋼琴黑鍵功能，最大程度上模擬了實(shí)際使用的電子琴功能，不具備自動彈奏功能，僅能實(shí)現(xiàn)手動控制發(fā)聲。

二、系統(tǒng)框圖

1、簡易框圖

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

?2、總電路圖（quarters軟件自動生成）

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

三、代碼說明?

1、總體代碼

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_arith.ALL;

entity piano3 is

????Port ( CLK : in ?STD_LOGIC;

??BB1,BB2: IN STD_LOGIC;--高低八度開關(guān)

??BB3: IN STD_LOGIC;--黑鍵開關(guān)

??????????????SS1,SS2,SS3,SS4,SS5,SS6,SS7,SS8: in ?STD_LOGIC; --開關(guān)1-8

??LED: ???out ??STD_LOGIC_VECTOR (6 downto 0); --數(shù)碼管

??EN_LED: OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);--數(shù)碼管選擇

??RSST: in ?STD_LOGIC;--復(fù)位/靜音

??SND : out STD_LOGIC);--輸出聲音

end piano3;



architecture Behavioral of piano3 is



SIGNAL ??CP0:INTEGER RANGE 0 TO 500000; ?--分頻計(jì)數(shù)

SIGNAL CP:STD_LOGIC; ?--分頻時(shí)鐘50HZ用以消抖

signal ?????fm:INTEGER range 0 to 50000000;--聲音時(shí)長

signal ?????CT:INTEGER; ?--CT為計(jì)數(shù)最大值決定音階

signal ????CT0:INTEGER range 0 to 50000000;--CT0計(jì)數(shù)

signal ??sound:std_logic; ?--輸出聲音

signal ??flag:std_logic;

SIGNAL S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,B1,B2,B3,RST:STD_LOGIC;

SIGNAL MODE:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);

SIGNAL MUL:INTEGER;

signal ??????HEX:std_logic_vector(3 downto 0);--七段信號

signal ??????HEXX:std_logic_vector(5 downto 0);

--------------------------------------------------

begin

SND <= sound;

--------------------------------------------------------

-----------------數(shù)碼管模塊------------------------

HEXX<=HEX&B1&B2;

WITH HEXX SELECT

???LED<= ----------默認(rèn)

"1111001" when "000000", ??--1

?????????"0100100" when "000100", ??--2

?????????"0110000" when "001000", ??--3

?????????"0011001" when "001100", ??--4

?????????"0010010" when "010000", ??--5

?????????"0000010" when "010100", ??--6

?????????"1111000" when "011000", ??--7

?????????"0000000" when "011100", ??--8

??????"0111111" when "111100", ??---

"1111001" when "000011", ??--1

?????????"0100100" when "000111", ??--2

?????????"0110000" when "001011", ??--3

?????????"0011001" when "001111", ??--4

?????????"0010010" when "010011", ??--5

?????????"0000010" when "010111", ??--6

?????????"1111000" when "011011", ??--7

?????????"0000000" when "011111", ??--8

??????"0111111" when "111111", ??---

----------LOW

"1111001" when "000010", ??--1

?????????"0100100" when "000110", ??--2

?????????"0110000" when "001010", ??--3

?????????"0011001" when "001110", ??--4

?????????"0010010" when "010010", ??--5

?????????"0000010" when "010110", ??--6

?????????"1111000" when "011010", ??--7

?????????"0000000" when "011110", ??--8

??????"1000111" when "111110", ??--L

----------HIGH

"1111001" when "000001", ??--1

?????????"0100100" when "000101", ??--2

?????????"0110000" when "001001", ??--3

?????????"0011001" when "001101", ??--4

?????????"0010010" when "010001", ??--5

?????????"0000010" when "010101", ??--6

?????????"1111000" when "011001", ??--7

?????????"0000000" when "011101", ??--8

??????"0001001" when "111101", ??--H

"0111111" when others;

WITH HEX SELECT

???EN_LED<= "11111110" when "0000", ??--1

????????????"11111101" when "0001", ??--2

????????????"11111011" when "0010", ??--3

????????????"11110111" when "0011", ??--4

????????????"11101111" when "0100", ??--5

"11011111" when "0101", ??--6

"10111111" when "0110", ??--7

"01111111" when "0111", ??--8

"00000000" when others; ??---

-------------------------------------------------------

----------------消抖模塊---------------------------

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF RISING_EDGE(CLK) THEN

IF CP0 = 500000 THEN

CP0<=0;

CP <= NOT CP;

ELSE CP0 <=CP0+1;

END IF;

END IF;

END PROCESS;



PROCESS(CP)

BEGIN

IF RISING_EDGE(CP) THEN

S1 <= SS1;

S2 <= SS2;

S3 <= SS3;

S4 <= SS4;

S5 <= SS5;

S6 <= SS6;

S7 <= SS7;

S8 <= SS8;

B1 <= BB1;

B2 <= BB2;

B3 <= BB3;

RST <= RSST;

END IF;

END PROCESS;

------------------------------------------------------------

-----------------高低八度模式選擇-------------------

MODE<=B1&B2;

PROCESS(MODE)--S1設(shè)置低八度，S2設(shè)置高八度，S1和S2相同時(shí)為中八度（默認(rèn)）

BEGIN

IF MODE="00" OR MODE="11" THEN

MUL<=2;

ELSIF MODE="10" THEN

MUL<=4;

ELSIF MODE="01" THEN

MUL<=1;

END IF;

END PROCESS;

---------------------------------------------------------

------------------頻率設(shè)置模塊---------------------

PROCESS(RST,CLK)--根據(jù)模式設(shè)置聲音頻率

BEGIN

--------------------------------------------------

IF B3 = '0' THEN

IF S1='0' ???THEN

CT<=47777*MUL;

HEX<="0000";

flag<='1';

ELSIF S2='0' THEN

CT <=42567*MUL;

HEX<="0001";

flag<='1';

ELSIF S3='0' THEN

CT <=37922*MUL;

HEX<="0010";

flag<='1';

ELSIF S4='0' THEN

CT <=35793*MUL;

HEX<="0011";

flag<='1';

ELSIF S5='0' THEN

CT <=31888*MUL;

HEX<="0100";

flag<='1';

ELSIF S6='0' THEN

CT <=28409*MUL;

HEX<="0101";

flag<='1';

ELSIF S7='0' THEN

CT <=25310*MUL;

HEX<="0110";

flag<='1';

ELSIF S8='0' THEN

CT <=23888*MUL;

HEX<="0111";

flag<='1';

ELSE

CT <=0;

HEX<="1111";

flag<='0';

END IF;

ELSIF B3 = '1' THEN ?--黑鍵

IF S1='0' ???THEN

CT<=45126*MUL;

HEX<="0000";

flag<='1';

ELSIF S2='0' THEN

CT <=40193*MUL;

HEX<="0001";

flag<='1';

ELSIF S3='0' THEN

CT <=0;-----

HEX<="0010";

flag<='1';

ELSIF S4='0' THEN

CT <=33783*MUL;

HEX<="0011";

flag<='1';

ELSIF S5='0' THEN

CT <=30120*MUL;

HEX<="0100";

flag<='1';

ELSIF S6='0' THEN

CT <=26824*MUL;

HEX<="0101";

flag<='1';

ELSIF S7='0' THEN

CT <=0;-----

HEX<="0110";

flag<='1';

ELSIF S8='0' THEN

CT <=22563*MUL;

HEX<="0111";

flag<='1';

ELSE

CT <=0;

HEX<="1111";

flag<='0';

END IF;

END IF;

---------------------------------------------------------

---------------------核心分頻模塊------------------

IF RST ='1' ?THEN --因?yàn)榻娱_關(guān)S8所以RST為1時(shí)靜音，為0時(shí)允許發(fā)出聲音

?? ???sound <='1';

ELSE

IF rising_edge(clk) then

??if flag='1' then

IF CT0 = CT THEN

CT0 <= 0;

SOUND <=NOT SOUND;

ELSIF CT0 /= CT ?THEN

CT0 <= CT0 + 1;

ELSE

sound <= '1';

CT0 <= 0;

END IF;

else

???sound <= '1';

CT0 <= 0;

END IF;

end if;

END IF;

end process;

--------------------------------------------------

--------------------------------------------------

end Behavioral;

2、代碼思路

（1）單個(gè)按鍵發(fā)聲功能，即基本分頻功能實(shí)現(xiàn)

????首先編寫核心分頻模塊，實(shí)現(xiàn)最簡單的按一個(gè)鍵出一個(gè)波形的功能，輸出聲音時(shí)長取決于按鍵時(shí)長，可以設(shè)置變量CT0來對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，CT為對應(yīng)音階相對應(yīng)的脈沖計(jì)數(shù)上限值，CT0每達(dá)到該上限值對聲音SOUND信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，CT0未達(dá)到該上限值CT則進(jìn)行加1。如果RST開關(guān)在有效位置，則輸出聲音SOUND始終為1。

對應(yīng)的代碼如下：

IF RST ='1' ?THEN

?? ???sound <='1';

ELSE

IF rising_edge(clk) then

??if flag='1' then

IF CT0 = CT THEN

CT0 <= 0;

SOUND <=NOT SOUND;

ELSIF CT0 /= CT ?THEN

CT0 <= CT0 + 1;

ELSE

sound <= '1';

CT0 <= 0;

END IF;

else

???sound <= '1';

CT0 <= 0;

END IF;

end if;

END IF;

end process;

????在仿真時(shí)可以先將CT設(shè)置為一個(gè)較小的數(shù)字，便于查看仿真時(shí)查看波形，驗(yàn)證基本功能。而在實(shí)際上板燒錄時(shí)，則需要根據(jù)實(shí)際的不同的音階及音調(diào)頻率計(jì)算CT值，下圖是小組組員根據(jù)實(shí)際頻率計(jì)算的CT值。

（2）根據(jù)不同頻率擴(kuò)展到8個(gè)按鍵S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8

????在核心的分頻實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵發(fā)聲功能后，類似的可以根據(jù)計(jì)算的計(jì)數(shù)值表設(shè)置好同音階的另外幾個(gè)計(jì)數(shù)值，原理與單個(gè)按鍵類似。這里我們考慮到了燒錄到FPGA板子時(shí)管腳設(shè)置的便利性問題，并沒有將八個(gè)按鍵設(shè)置為一個(gè)長度為8的向量，而是設(shè)置了8個(gè)不同的變量S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8，這樣在設(shè)置管腳時(shí)，只需要一一對應(yīng)的設(shè)置管腳，更加方便快捷。這八個(gè)按鍵作為輸入，為反邏輯（0有效），當(dāng)Si（i=1...8）='0'時(shí)，則視為按下按鍵，發(fā)出該按鍵對應(yīng)頻率的琴音。

IF S1='0' ???THEN

CT<=47777*MUL;

HEX<="0000";

flag<='1';

ELSIF S2='0' THEN

CT <=42567*MUL;

HEX<="0001";

flag<='1';

ELSIF S3='0' THEN

CT <=37922*MUL;

HEX<="0010";

flag<='1';

ELSIF S4='0' THEN

CT <=35793*MUL;

HEX<="0011";

flag<='1';

ELSIF S5='0' THEN

CT <=31888*MUL;

HEX<="0100";

flag<='1';

ELSIF S6='0' THEN

CT <=28409*MUL;

HEX<="0101";

flag<='1';

ELSIF S7='0' THEN

CT <=25310*MUL;

HEX<="0110";

flag<='1';

ELSIF S8='0' THEN

CT <=23888*MUL;

HEX<="0111";

flag<='1';

ELSE

CT <=0;

HEX<="1111";

flag<='0';

END IF;

（3）根據(jù)高中低三個(gè)音階及黑鍵功能設(shè)置模式選擇開關(guān)B1,B2,B3

根據(jù)三個(gè)不同的音階設(shè)定計(jì)數(shù)初值。為了簡化代碼，提高運(yùn)行效率，我們設(shè)置了模式選擇的中間變量MODE與頻率倍數(shù)中間變量MUL。其中，我們將B1和B2兩個(gè)開關(guān)的外部輸入視為一個(gè)兩位向量MODE，B1，B2改變時(shí)會頻率倍數(shù)變量MUL賦給不同值（1,2,4），而MUL變量則作為按鍵發(fā)聲部分代碼后的一個(gè)系數(shù)變量，改變發(fā)聲的頻率值（詳見上2部分代碼）。

-----------------高低八度模式選擇-------------------

MODE<=B1&B2;

PROCESS(MODE)--S1設(shè)置低八度，S2設(shè)置高八度，S1和S2相同時(shí)為中八度（默認(rèn)）

BEGIN

IF MODE="00" OR MODE="11" THEN

MUL<=2;

ELSIF MODE="10" THEN

MUL<=4;

ELSIF MODE="01" THEN

MUL<=1;

END IF;

END PROCESS;



將B3單獨(dú)設(shè)置，用于模擬實(shí)際鋼琴中“黑鍵”的功能，即B3=1或0時(shí)分別算出兩種不同的頻率計(jì)數(shù)初值賦予CT。

（4）根據(jù)按下琴鍵的不同設(shè)置對應(yīng)顯示的七段碼顯示管

????本設(shè)計(jì)中共設(shè)計(jì)了8個(gè)不同的按鍵，我們根據(jù)八個(gè)按鍵由低到高的順序排序，當(dāng)按下某一琴鍵時(shí)，顯示譯碼管上就會顯示此時(shí)按下的按鍵序號，以及當(dāng)前對應(yīng)發(fā)聲模式：高八度——H，低八度——L，中八度（默認(rèn)）——不顯示。

-----------------數(shù)碼管模塊------------------------

HEXX<=HEX&B1&B2;

WITH HEXX SELECT

???LED<= ----------默認(rèn)

"1111001" when "000000", ??--1

?????????"0100100" when "000100", ??--2

?????????"0110000" when "001000", ??--3

?????????"0011001" when "001100", ??--4

?????????"0010010" when "010000", ??--5

?????????"0000010" when "010100", ??--6

?????????"1111000" when "011000", ??--7

?????????"0000000" when "011100", ??--8

??????"0111111" when "111100", ??---

"1111001" when "000011", ??--1

?????????"0100100" when "000111", ??--2

?????????"0110000" when "001011", ??--3

?????????"0011001" when "001111", ??--4

?????????"0010010" when "010011", ??--5

?????????"0000010" when "010111", ??--6

?????????"1111000" when "011011", ??--7

?????????"0000000" when "011111", ??--8

??????"0111111" when "111111", ??---

----------LOW

"1111001" when "000010", ??--1

?????????"0100100" when "000110", ??--2

?????????"0110000" when "001010", ??--3

?????????"0011001" when "001110", ??--4

?????????"0010010" when "010010", ??--5

?????????"0000010" when "010110", ??--6

?????????"1111000" when "011010", ??--7

?????????"0000000" when "011110", ??--8

??????"1000111" when "111110", ??--L

----------HIGH

"1111001" when "000001", ??--1

?????????"0100100" when "000101", ??--2

?????????"0110000" when "001001", ??--3

?????????"0011001" when "001101", ??--4

?????????"0010010" when "010001", ??--5

?????????"0000010" when "010101", ??--6

?????????"1111000" when "011001", ??--7

?????????"0000000" when "011101", ??--8

??????"0001001" when "111101", ??--H

"0111111" when others;

WITH HEX SELECT

???EN_LED<= "11111110" when "0000", ??--1

????????????"11111101" when "0001", ??--2

????????????"11111011" when "0010", ??--3

????????????"11110111" when "0011", ??--4

????????????"11101111" when "0100", ??--5

"11011111" when "0101", ??--6

"10111111" when "0110", ??--7

"01111111" when "0111", ??--8

"00000000" when others; ??---

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

? 基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

5.實(shí)現(xiàn)按鍵消抖

在代碼的基本部分全部實(shí)現(xiàn)完成后，我們對8個(gè)琴鍵按鍵，3個(gè)模式選擇開關(guān)，和一個(gè)復(fù)位開關(guān)加入了消抖代碼。其思路為將輸入時(shí)鐘信號CLK進(jìn)行分頻，得到低頻中間信號CP0，以所得的CP0

----------------消抖模塊---------------------------

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF RISING_EDGE(CLK) THEN

IF CP0 = 500000 THEN

CP0<=0;

CP <= NOT CP;

ELSE CP0 <=CP0+1;

END IF;

END IF;

END PROCESS;



PROCESS(CP)

BEGIN

IF RISING_EDGE(CP) THEN

S1 <= SS1;

S2 <= SS2;

S3 <= SS3;

S4 <= SS4;

S5 <= SS5;

S6 <= SS6;

S7 <= SS7;

S8 <= SS8;

B1 <= BB1;

B2 <= BB2;

B3 <= BB3;

RST <= RSST;

END IF;

END PROCESS;

四、仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果與分析總結(jié)

1、仿真思路

??下載程序到開發(fā)板前需要仿真查錯(cuò)，由于QURTUS仿真功能時(shí)間很短，不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)的音階頻率仿真（50M晶振的頻率分頻需要很久）于是在填入不同音節(jié)對應(yīng)分頻系數(shù)前，新建專門用于仿真的工程文件，把分頻系數(shù)調(diào)小到仿真可清晰看出變化的程度。更改后仿真分頻系數(shù)如下：

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF B3 = '0' THEN

IF S1='0' ???THEN

CT<=1*MUL;

HEX<="0000";

flag<='1';

ELSIF S2='0' THEN

CT <=2*MUL;

HEX<="0001";

flag<='1';

ELSIF S3='0' THEN

CT <=3*MUL;

HEX<="0010";

flag<='1';

ELSIF S4='0' THEN

CT <=4*MUL;

HEX<="0011";

flag<='1';

ELSIF S5='0' THEN

CT <=5*MUL;

HEX<="0100";

flag<='1';

ELSIF S6='0' THEN

CT <=6*MUL;

HEX<="0101";

flag<='1';

ELSIF S7='0' THEN

CT <=7*MUL;

HEX<="0110";

flag<='1';

ELSIF S8='0' THEN

CT <=8*MUL;

HEX<="0111";

flag<='1';

ELSE

CT <=0;

HEX<="1111";

flag<='0';

END IF;

ELSIF B3 = '1' THEN

IF S1='0' ???THEN

CT<=1*MUL;

HEX<="0000";

flag<='1';

ELSIF S2='0' THEN

CT <=2*MUL;

HEX<="0001";

flag<='1';

ELSIF S3='0' THEN

CT <=0;-----

HEX<="0010";

flag<='1';

ELSIF S4='0' THEN

CT <=3*MUL;

HEX<="0011";

flag<='1';

ELSIF S5='0' THEN

CT <=4*MUL;

HEX<="0100";

flag<='1';

ELSIF S6='0' THEN

CT <=5*MUL;

HEX<="0101";

flag<='1';

ELSIF S7='0' THEN

CT <=0;-----

HEX<="0110";

flag<='1';

ELSIF S8='0' THEN

CT <=6*MUL;

HEX<="0111";

flag<='1';

ELSE

CT <=0;

HEX<="1111";

flag<='0';

END IF;

END IF;

2、仿真建立過程

（1）設(shè)置ENDTIME為 10us

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

（2）為了仿真結(jié)果更明顯，仿真時(shí)間內(nèi)有更多CLK時(shí)鐘信號，將其設(shè)置為周期20ns的方波。

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

（3）RST為復(fù)位鍵‘1’有效，賦初值，同時(shí)RST為1時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)靜音功能。

、基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

S1 S2為琴鍵，1有效，S1最初設(shè)置為0檢驗(yàn)靜音功能，后再RST為‘0’時(shí)檢驗(yàn)聲音分頻功能。S2錯(cuò)開S1有效時(shí)間有效，檢驗(yàn)不同按鍵功能。

（4）B1 B2為模式選擇鍵，設(shè)置如下：

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

3、仿真結(jié)果檢驗(yàn)

（1）靜音功能檢驗(yàn)

? 基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

如上圖仿真結(jié)果，靜音按鍵下按下琴鍵，只會有數(shù)碼管顯示，不會對蜂鳴器輸出聲音。

（2）琴鍵功能檢驗(yàn)

? 基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

如上圖，S1和S2分別有效時(shí)，輸出的頻率是2倍的關(guān)系，同時(shí)具體周期也與仿真代碼分頻模塊中設(shè)置相同，同時(shí)數(shù)碼管譯碼前的數(shù)據(jù)正確。

（3）模式選擇功能檢驗(yàn)

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl

如上圖仿真結(jié)果，不同模式下按下不同琴鍵對應(yīng)輸出頻率和仿真代碼模式選擇模塊中設(shè)置相同，模式功能實(shí)現(xiàn)。

五、心得體會

電子綜合設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識，提出和解決問題能力的重要學(xué)習(xí)活動。通過這次實(shí)踐，我們對FPGA的工作原理與使用都有了進(jìn)一步的理解，更重要的是提高了自主研究學(xué)習(xí)的能力。

剛開始，我們研讀設(shè)計(jì)要求，通過網(wǎng)絡(luò)等各種方式查詢相關(guān)的資料。通過對這些資料的學(xué)習(xí)，我們大致了解了本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的知識，例如Quartus Ⅱ軟件的使用與VHDL語言等，鍛煉了我們搜集信息的能力。

開發(fā)過程中，通過學(xué)習(xí)資料，我們對DE2-115板卡的各個(gè)部分有了更深層次的了解，也熟悉了一些引腳的分配方法。在編程方面，通過Quartus Ⅱ軟件的開發(fā)，使我們加深了對FPGA的工作原理的理解，熟悉了VHDL語言的結(jié)構(gòu)和編程規(guī)則。通過DE2-115板與外部設(shè)備的配合實(shí)現(xiàn)我們所需的相關(guān)功能。

此次課程設(shè)計(jì)中，我們遇到了一系列的問題，也看到了自身的不足。代碼的編寫部分我們花費(fèi)了大量時(shí)間。由于上學(xué)期數(shù)電中接觸過ISE軟件，因此一開始我們小組考慮采用ISE進(jìn)行代碼編寫與仿真，而實(shí)際上板時(shí)直接遷移至Quartus Ⅱ軟件中，完成課程設(shè)計(jì)。代碼思路也與現(xiàn)在的最終成果思路不太一致，當(dāng)時(shí)我們考慮到板卡中按鍵數(shù)量不夠無法滿足實(shí)際需要，便按照撥動開關(guān)作為琴鍵設(shè)計(jì)，而非最終的按鍵開關(guān)設(shè)計(jì)，且觸發(fā)源我們采用上升沿和下降沿均可以觸發(fā)，即對于撥動開關(guān)，我們在上撥和下?lián)軙r(shí)都會讓琴發(fā)出聲音，并設(shè)定聲音延時(shí)時(shí)長為0.25s，較為符合電子琴的實(shí)際效果。

當(dāng)時(shí)在ise軟件中，這一思路的代碼已經(jīng)通過了軟件編譯和波形仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)我們想要的初步功能，只差加入顯示譯碼管和消抖功能上板了。但是后來在第一次集中燒錄時(shí)，我們滿懷信心的將原本ISE中的代碼遷移至Quartus Ⅱ軟件進(jìn)行編譯燒錄時(shí)，卻遇到了很大的問題——代碼根本無法通過調(diào)試！我們嘗試進(jìn)行修改，但無奈報(bào)錯(cuò)實(shí)在太多，讓我們非?？鄲?。后來我們無奈的向老師求助，老師在看了我們的代碼后，很確定的告訴我們，我們這種邊沿觸發(fā)的方式是完全錯(cuò)誤的，F(xiàn)PGA根本無法執(zhí)行這樣的指令，且由于時(shí)鐘速度過快，邊沿觸發(fā)也很難進(jìn)行消抖處理，我們當(dāng)時(shí)就如同晴空霹靂一般，心里想著三個(gè)人三個(gè)周末的努力居然就這么白白浪費(fèi)了，真是心有不甘。但后來組員們也鎮(zhèn)靜下來，最終商討后決定使用Quartus Ⅱ軟件重新編寫代碼，由一開始的單個(gè)按鍵，重新走一遍設(shè)計(jì)流程。有了第一次的失敗經(jīng)驗(yàn)，大家的信心有些受挫，甚至有組員考慮過臨時(shí)更換題目，但后來也都堅(jiān)持了下來。最終經(jīng)歷了兩個(gè)周末，第二版代碼成功編譯并完成仿真，上板燒錄，實(shí)現(xiàn)了這一實(shí)踐設(shè)計(jì)。

從開始設(shè)計(jì)到最終完成代碼編寫，我們小組花費(fèi)了一個(gè)月左右的時(shí)間，代碼的最終實(shí)現(xiàn)離不開三位組員共同努力相互幫助，也離不開老師的耐心指導(dǎo)。最后，感謝組員的相互幫助，以及老師的精心指導(dǎo)，讓我們小組得以完成這次課程設(shè)計(jì)。

六、開發(fā)板管腳介紹及管腳對應(yīng)

1、開發(fā)板管腳介紹

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2、管腳對應(yīng)?

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七、程序下載到實(shí)驗(yàn)板的步驟

?1.將設(shè)計(jì)下載在FPGA 中。點(diǎn)擊菜單項(xiàng)Tools->Programmer。打開程序下載環(huán)境。

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?2.點(diǎn)擊Hardware Setup 按鈕，選擇USB。點(diǎn)擊 Close 確認(rèn)設(shè)置。

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3.下載程序。在Programmer界面中，將文件列表中Program/Configure 屬性勾上，點(diǎn)擊Start，精度條顯示100%時(shí)完成下載。

基于fpga的簡易電子琴的設(shè)計(jì)eda課程設(shè)計(jì),fpga開發(fā),vhdl ?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-792508.html

到了這里，關(guān)于基于VHDL的FPGA簡易電子琴（實(shí)現(xiàn)三音階切換與彈奏）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！

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