【正文】 基于VHDL文本輸入法的樂曲演奏電路的設(shè)計摘 要本課程設(shè)計主要采用EDA技術(shù)設(shè)計一個簡易的八音符電子琴，它可通過按鍵輸入來控制音響從而演奏出已存入的樂曲。在課程設(shè)計中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows XP，程序設(shè)計采用VHDL語言，程序運行平臺為MAX+plusⅡ。然后編寫程序?qū)崿F(xiàn)電子琴的各項功能，使不同的音階對應(yīng)不同頻率的正弦波，按下不同的鍵時發(fā)出對應(yīng)頻率的聲音。程序通過調(diào)試運行，時序仿真，電路功能驗證，順利地實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。關(guān)鍵詞電子琴；EDA；VHDL；音階；頻率AbstractThe main use of this curriculum design EDA technology to design a simple eightnote organ, it can be key to control the audio input so as to have been deposited in a concert of music. In the course design, system development platform for Windows 2000, the procedures VHDL design language, platform for running MAX + plus Ⅱ. And then program to achieve the various functions of the organ, so that different scale corresponds to a different frequency sine wave, press different keys when the voice of the corresponding frequency. Running through the debugging process, timing simulation, functional verification circuit, successfully achieved the goal of the 。Key WordsElectric piano。 EDA。 VHDL。 scale。 frequency聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈禍測樅鋸鰻鯪。1 引 言隨著信息科學(xué)的進步，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的性能越來越高，復(fù)雜度越來越大，更新步伐也越來越快，電子技術(shù)的發(fā)展進入了劃時代的階段。其中電子技術(shù)的核心便是電子設(shè)計自動化EDA（Electronic Design Automatic）技術(shù)。EDA是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)的最新成果而開發(fā)出的電子CAD通用軟件包，它根據(jù)硬件描述語言HDL完成的設(shè)計文件，自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線及仿真，直至完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。本課程設(shè)計就是采用EDA技術(shù)描述語言VHDL編程實現(xiàn)簡易電子琴的各項功能，是EDA技術(shù)應(yīng)用于實際的一個很好的例子。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟婭騍東戇鱉納。 課程設(shè)計目的 本課程設(shè)計主要是基于VHDL文本輸入法設(shè)計樂曲演奏電路，該系統(tǒng)基于計算機中時鐘分頻器的原理，采用自頂向下的設(shè)計方法來實現(xiàn)，通過按鍵輸入來控制音響或者自動演奏已存入的歌曲。系統(tǒng)由樂曲自動演奏模塊、音調(diào)發(fā)生模塊和數(shù)控分頻模塊三個部分組成。系統(tǒng)實現(xiàn)是用硬件描述語言VHDL按模塊化方式進行設(shè)計，然后進行編程、時序仿真、電路功能驗證，奏出美妙的樂曲。該設(shè)計最重要的一點就是通過按鍵控制不同的音調(diào)發(fā)生，每一個音調(diào)對應(yīng)不同的頻率，從而輸出對應(yīng)頻率的聲音。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧葒鈀詢鱈驄。 課程設(shè)計內(nèi)容（1）設(shè)計一個簡易的八音符電子琴，它可通過按鍵輸入來控制音響。（2）系統(tǒng)演奏時可以選擇是手動演奏（由鍵盤輸入）還是自動演奏已存入的樂曲。（3）能夠自動演奏多首樂曲，且樂曲可重復(fù)演奏。本課程設(shè)計目的在于靈活運用EDA技術(shù)編程實現(xiàn)一個簡易電子琴的樂曲演奏，它要求在實驗箱上構(gòu)造一個電子琴電路，不同的音階對應(yīng)不同頻率的正弦波。按下每個代表不同音階的按鍵時，能夠發(fā)出對應(yīng)頻率的聲音。故系統(tǒng)可分為樂曲自動演奏模塊（AUTO）、音調(diào)發(fā)生模塊（TONE）和數(shù)控分頻模塊(FENPIN)三部分。系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計原理圖如圖11所示。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡詒爾膚億鰾簡。圖11系統(tǒng)的整體組裝設(shè)計原理圖由于設(shè)計分模塊組成，每個單獨的模塊都是一個完整的源程序，分別實現(xiàn)不同性質(zhì)的功能，但是每個模塊又是緊密關(guān)聯(lián)的，前一個模塊的輸出很可能是后一模塊的輸入。如AUTO模塊的音符信號輸出就是TONE模塊的音符信號輸入。另外，時鐘脈沖信號在本課程設(shè)計中用的最多，用處也最大，一般情況下時鐘信號處上升沿有效，判斷和控制各個計數(shù)器計數(shù)多少。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔點鉍雜簍鰩驅(qū)。2 EDA、VHDL簡介EDA技術(shù)是以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。EDA可提供文本輸入以及圖形編輯的方法將設(shè)計者的意圖用程序或者圖形方式表達出來，而我們經(jīng)常用到的VHDL語言便是用于編寫源程序所需的最常見的硬件描述語言（HDL）之一。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷巹癩龔長鰥檷。 EDA技術(shù) EDA是電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）縮寫，是90年代初從CAD、CAM、CAT和CAE的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)是電子設(shè)計的發(fā)展趨勢，利用EDA工具可以代替設(shè)計者完成電子系統(tǒng)設(shè)計中的大部分工作。EDA工具從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單一領(lǐng)域，發(fā)展到今天，應(yīng)用范圍已涉及模擬、微波等多個領(lǐng)域，可以實現(xiàn)各個領(lǐng)域電子系統(tǒng)設(shè)計的測試、設(shè)計方針和布局布線等。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚鍍齊鈞摟鰨饗?，F(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬，包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA主要輔助進行三個方面的設(shè)計工作：IC設(shè)計、電子電路設(shè)計和PCB設(shè)計。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴縈詰聾諦鰭皚。 VHDL語言常用硬件描述語言有VHDL、Verilog和ABEL語言，而VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的結(jié)構(gòu)特點是將設(shè)計實體的內(nèi)部功能和算法完成部分?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)櫧撻曉養(yǎng)鰲頓。相對于其他硬件語言，VHDL有許多優(yōu)點。比如VHDL的行為描述能力更強，而且具有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，隨時可對系統(tǒng)進行仿真模擬，使設(shè)計者對整個工程的結(jié)構(gòu)和功能可行性做出判斷；另外，由于具有類屬描述語句和子程序調(diào)用等功能，對于完成的設(shè)計，在不改變源程序的條件下，只需改變類屬參量和函數(shù)，就能輕易地改變設(shè)計的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買闥齙絀鰒現(xiàn)。3 簡易電子琴的設(shè)計過程根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，系統(tǒng)該系統(tǒng)基于計算機中時鐘分頻器的原理，設(shè)計采用自頂向下的設(shè)計方法，通過按鍵輸入來控制音響或者自動演奏已存入的歌曲。它由樂曲自動演奏模塊、音調(diào)發(fā)生模塊和數(shù)控分頻模塊三部分組成。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇絨鈔陘鰍陸。 樂曲自動演奏模塊樂曲自動演奏模塊的作用是產(chǎn)生8位發(fā)生控制輸入信號。當(dāng)進行自動演奏時，由存儲在此模塊的8位二進制數(shù)作為發(fā)聲控制輸入，從而自動演奏樂曲。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡縫勵羆楓鱷燭。該模塊的VHDL源程序主要由3個工作進程組成，分別為PULSE0，MUSIC和COM1。PULSE0的作用是根據(jù)鍵盤輸入（自動演奏）的值（0或1）來判斷計數(shù)器COUNT以及脈沖CLK2的輸出值。部分源程序如下：擁締鳳襪備訊顎輪爛薔報贏無貽鰓閎。 PULSE0:PROCESS(CLK,AUTO) 工作進程開始