基于FPGA的简易乐谱演奏其设计.docx

本文介绍了一个基于FPGA的简易乐谱演奏器设计。该设计利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）的灵活性和高效性，实现了音乐的演奏功能。FPGA是一种可编程的集成电路，开发者可以自由配置逻辑单元，以满足特定的应用需求，与专用集成电路（ASIC）相比，FPGA具有开发周期短、成本低、易于转换工艺等优势。 在该设计中，用户可以通过按键输入来控制音响发声。音符的频率获取是通过将乐谱中的音符数据存储在LPM-ROM（Logic Cell Matrix Read-Only Memory）中实现的。每个音符在逻辑中停留的时间决定了它的音调。设计包含以下几个关键模块： 1. 手动/自动选择模块：这个模块允许用户通过按键输入选择手动或自动播放模式。VHDL源程序中定义了一个名为`hand`的过程，根据输入的键值来决定输出的音调索引。 2. 音调编码电路模块：该模块负责将音符编码为相应的频率信号。图5-7展示了音频编码电路模块，它接收8位的代码输入并产生12位的频率输出。 3. 数控分频模块：如图5-5所示，这个模块通过数字控制分频来生成不同频率的声音。图5-6给出了该模块的仿真波形，显示了分频的效果。 4. 音频发生与选择模块：结合了前面的编码和分频模块，生成并选择音频输出。图5-3和5-4展示了这个模块的功能和仿真波形。 5. 手动连接生成的电路原理图：图5-9展示了电路的顶层文件管脚分配，而图5-10则锁定了引脚以便下载到实验板上的FPGA芯片——EP3C40Q240C8。 硬件连接部分，如图5-11所示，通过开关和按键与FPGA试验箱相连，实现了实际的音乐播放功能。在完成设计后，通过VHDL程序编写和硬件连接，系统成功实现了预期的设计要求。 总结来说，这个基于FPGA的简易乐谱演奏器设计巧妙地运用了FPGA的特性，结合数字逻辑设计，创建了一个能够根据用户输入播放音乐的设备。这种设计方法在教育和小型项目中非常实用，同时也展示了FPGA在音乐处理和信号生成方面的潜力。