【正文】 良好的基礎(chǔ)。 2 第一章 研究意義及現(xiàn)狀 研究意義 電子琴是高科技在音樂 領(lǐng)域 運(yùn)用 的一個(gè)代表，它是古典文化與現(xiàn)代文明的一個(gè)濃縮體，是一種新型的鍵盤樂器。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上 類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。 由于其使用方法簡單，所以備受孩童歡迎。 更 有利于簡易電腦鍵盤電子琴的市場推廣，再加上 FPGA 的種種優(yōu)點(diǎn)，無疑會(huì)減低成本，更大程度的促進(jìn)其銷售，填補(bǔ)市場在該方面的空缺。 另一種 基于RC 正弦波振蕩器的電子琴設(shè)計(jì) [7]。 因此選擇使用 FPGA 來設(shè)計(jì)電子琴， FPGA 的優(yōu)勢在于： 1）采用 FPGA 設(shè)計(jì) ASIC 電路 (專用集成電路 )，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 5) FPGA 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL 電平兼容。 設(shè)計(jì)使用的 EXCD1 器件，板上資源豐富，它能夠?qū)崿F(xiàn)大量基于 FPGA 的數(shù)字系統(tǒng) 。 3 第二章 FPGA發(fā)展概述 FPGA 簡介 FPGA（ Field Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件） 等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。在大多數(shù)的 FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（ Flip－ flop）或者其他更加完整的記憶塊。 Input/Output Block分布在 FPGA的周邊，也具有可編程特性，可以配置支持各種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)，如 LVTTL、 LVCMOS、 PCI和 LVDS等。布線資源在 FPGA內(nèi)部占用硅片面積很大，為 FPGA部件提供靈活可配的連接； DCM模塊提供各種時(shí)鐘資源，包括多種分頻、移相后的時(shí)鐘； Multiplier為 18bit 18bit硬件乘法器，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成乘法運(yùn)算。 目前， FPGA的主要發(fā)展動(dòng)向是：隨著大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯器件的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入 片上可編程系統(tǒng) （ SOPC）的新紀(jì)元；芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn)；國際各大公司都在積極擴(kuò)充其 IP庫，以優(yōu)化的資源更好的滿足用戶的需求，擴(kuò)大市場。 因此 FPGA的應(yīng)用肯定會(huì)越來越廣泛。軟件部分由 ps2 通信模塊， 多路選擇模塊，流水燈模塊 ， LCD 顯示模塊，按鍵模塊構(gòu)成。電子琴電路通過 EXCD1自帶的擴(kuò)展板接入到 EXCD1板上。 PS2 鍵盤使 用兩種 串行總線（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)）和主設(shè)備進(jìn)行通信。 圖 3 PS/2 接口時(shí)序 表 1 接口時(shí)序的參數(shù) 符號(hào) 參數(shù) 最小 最大 Tck 時(shí)鐘周期 30us 50us Tsu 數(shù) 據(jù)到時(shí)鐘的建立時(shí)間 5us 25us Thld 時(shí)鐘到數(shù)據(jù)的保持時(shí)間 5us 只有當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生的時(shí)候，才驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)，否則它們保持空閑狀態(tài)在高電平 。按鍵對(duì)應(yīng)的掃描碼如圖 4所示： 6 圖 4 鍵對(duì)應(yīng)的掃描碼示意圖 如 果 要鍵入大寫的“ A”，必須先鍵入“ Shift”鍵，然后按住“ A”鍵，然后先釋放“ A”鍵，再釋放“ Shift”鍵。該部分主要是 有 3各部分 的組成，其中共用部分是由 8個(gè) 焊 點(diǎn)組成（命名為 8），與另外 4 個(gè)焊點(diǎn)（ 命名為 1′、 2′、 3′、 4′ ）組合成 32個(gè)黑白鍵；與另外的 4 個(gè) 焊 點(diǎn) (命名為 1″ 、 2″ 、 3″ 、 4″ )組合成 29 個(gè)功能鍵 。 LCD 顯示模塊 LCD模塊的功能主要是開機(jī)時(shí)顯示“歡迎使用電子琴 汪文順制作”從而使應(yīng)用界面更加親切。 圖 5 LCD 顯示模塊 模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令與擴(kuò)充指令。這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 功能 設(shè)定 0 0 0 0 1 DL X RE X X DL=0/1： 4/8位數(shù)據(jù) RE=1: 擴(kuò)充指令操作 RE=0: 基本指令操作 設(shè)定CGRAM 地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 CGRAM 地址 設(shè)定DDRAM 地址 0 0 1 0 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址） 第一行： 80H－ 87H 第 二行： 90H－ 97H 讀取忙標(biāo)志和地址 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 讀取忙標(biāo)志 (BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成 ,同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值 寫數(shù)據(jù)到 RAM 1 0 數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù) D7~D0 寫入到內(nèi)部的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 讀出RAM 的值 1 1 數(shù)據(jù) 從內(nèi)部 RAM讀取數(shù)據(jù) D7~D0 (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 8 CD4051 芯片 采用 CD4051 芯片 的作用是 達(dá)到模擬開關(guān)轉(zhuǎn)換為數(shù)字開關(guān)的目的 ，通過數(shù)字信號(hào)來控制電子琴 。這些開關(guān)電路在整個(gè) VDDVSS 和 VDDVEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無關(guān)。 圖 6 CD4051 引腳圖 表 5 CD4051 引腳說明 CD4051引腳功能說明 引腳號(hào) 符號(hào) 功能 1 2 4 5 12 13 14 15 IN/OUT 輸入 /輸出端 9 10 11 A B C 地址端 3 OUT/IN 公共輸出 /輸入端 6 INH 禁止端 7 VEE 負(fù) 電源 8 VSS 數(shù)字信號(hào)接地端 16 VDD 正 電源 注： 本次設(shè)計(jì)中因?yàn)槟M信號(hào)的電壓是 ，所以采用 6腳接地、 16腳接 +5V足以控制該信號(hào)。 具體模塊圖如下： 圖 7 流水燈模塊（ led_variable）及多路選擇模塊（ mux） 9 軟件 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 原理圖 由下圖可知時(shí)鐘信號(hào)控制 ps2 通信模塊、 LCD 顯示模塊 、流水燈模塊 ，而由 ps2 通信模塊的輸出信號(hào)倆控制各個(gè)電子琴按鍵模塊的工作，即 各模塊的輸出的電平高低 。 經(jīng)過一次次的試驗(yàn)后終于把全部的電路焊接完成， 過程中 經(jīng)歷過幾次失敗 ， 最大的失 誤就是燒壞了一個(gè)電子琴模塊， 主要原因 是自己連接電源時(shí)太大意了，把電子琴的電 10 源正負(fù)極短接了。 另外一個(gè)解決方法就是所有的電子琴模塊全部用軟件來實(shí)現(xiàn)，這樣就能解決本次設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)。 這樣才 能 更好地 促進(jìn)個(gè)人的發(fā)展 為將來步入社會(huì)打下良好而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。為了與鍵盤的字符對(duì)應(yīng)這里的大寫字母實(shí)際上應(yīng)該是小寫字母，因?yàn)槠綍r(shí)按得字母實(shí)際上是小寫字母。 還要特別感謝在這次設(shè)計(jì)過程中給我提供了很多的幫助的同學(xué)，與 他們之間的交流使我受益匪