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FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计.doc

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FPGA课程设计报告--简易电子琴的设计.doc

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- -

邮电大学

FPGA 课程设计报告

题目：简易电子琴设计及

FPGA

功能验证

院系：

专业班级：

学生：XX

导师：XX

起止时间：2012 、 6 、 18

至 2012 、 6 、 29

一、课程设计任务：

本设计一个简易电子琴，具体功能如下：

1、具有手动弹奏和自动播放功能；

2、以按键或开关作为电子琴的琴键，输出 7 个音节的音阶；

3、可以自动播放曲目至少两首。

- .可修编 .

- -

二、课程设计目的：

1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；

2、深入学习 Verilog HDL，了解其编程环境；

3、学会运用 Modelsim 和 Quartus II 等编程仿真软件；

4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合，加深理解 Verilog HDL 的学

习；

三、使用环境：

1、软件：Modelsim 和 Quartus II 等编程仿真软件；

2、硬件：FPGA 开发板。

四、课程设计详细方案及功能验证：

1、总体实现方案：

1、简易电子琴的设计通过软硬件结合实现，硬件系统包括主控器芯片、9

个按键、LED、蜂鸣器等，软件资源包括编写 Verilog HDL 程序的应用软件

Modelsim 和仿真软件 Quartus II。电子琴有按键代替琴键的弹奏功能和自动

播放功能。

2、整个程序总共分 5 个模块：主模块，按键模块，曲目 1 模块，曲目 2 模块，

曲目 3 模块。

整个方案总共用了 9 个按键（key1~key9），按键 key1~key7 作为琴键，

通过这七个按键键入不同的音阶。主模块中 key8、key9 两个按键用于选择是

自动播放还是弹奏曲目，令 mm=（key8、key9），用 mm 值的不同选择调

用不同模块。如果 mm=00，则程序调用按键模块；如果 mm=01，则调用曲

目 1 模块，播放曲目 1；如果 mm=10，则调用曲目 2 模块，播放曲目 2；如

果 mm11，则调用曲目 3 模块，播放曲目 3。

本次设计的框图：

- .可修编 .

- -

2、输入输出信号描述：

具体功能描述：

信号源输入/输出功能描述

inclk Input

时钟频率 50M

key（1~9）

Input

键入以及选择曲目

num Output

数码管显示

out_r Output

根据 r 选择不同模块

3、顶层划分：

主模块（ key1.key2.key3.key4.key5.key6.key7.key8.key9 ）

outclk beep_r

- .可修编 .

主模块

9 个按键

（ key1~key9

）控制播放曲

目以及手动弹

奏

手动弹奏

（ key1~key7

）

播放曲目

（ key8 、 key

9 ）

按键模块

即琴键键入音阶，

Key1~key7

mm=00

mm=11

曲目 3

曲目 1

曲目 2

mm=01

mm=10

电

子

琴

Key （ 1~

9 ）

Inclk

[7:0]num

Out_r （ beep

）

- -

4、主要模块：

主模块：

功能描述：是四个子模块的核心，通过主模块分别调用四个不同的子模块。

管脚描述：

信号名称输入 / 输出源功能描述

inclk Input Pin

系统时钟 50MHz

Key(1~9) Input Pin

按键选择，键入作用

outclk Output Pin

模块选择输出

按键模块：

功能描述：通过按键 key1~key7 键入不同的 7 个音阶，频率不同则蜂鸣器发

音就不同；通过 mm=（key8、key9）的值选择调用不同曲目模块。

管脚描述：

信号名称输入 / 输出源功能描述

inclk Input Pin

系统时钟 50MHz

- .可修编 .

inclk

50MHZ

分

频

clk_6M

num[7:0]

Key

（ 8~9

）

分

频

clk_6M Key

（ 1~7

）

beep4

分

频

clk_6M

clk_4HZ

count

state

beep1

分

频

clk_6M

clk_4HZ

count

state

beep2

分

频

clk_6M

clk_4HZ

count

state

beep3

- -

Key(1~7) Input Pin

按键键入 7 个不同音阶

Beep4 Output Pin

输出 7 个不同音阶

曲目模块：

功能描述：不同的曲目模块输出不同的曲调，根据高低音对应的频率不同输出

不同曲调的曲目。在 50MHZ 的情况下对主时钟分频得到 6MHZ 的频率，得到

在 6MHZ 下对应的音阶及其对应频率，以及分频数，通过计数分频数，来对不

同频率的声音进行输出，实验箱原始时钟为 50MHz，分频后变成不同的频率

输出，通过蜂鸣器输出不同频率的声音。音乐的节拍通过分频变为 4Hz，作为

1/4 拍，即每个单位时长 0.25s。

管脚描述：

信号名称输入 / 输出源功能描述

inclk Input Pin

系统时钟 50MHz

Key(8~9) Input Pin

选择曲目

Beep3 Output Pin

输出曲目

5、功能仿真：

1、综合：

2、总体电路图：

- .可修编 .

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明雨粥

2022-03-26

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