第1页共30页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页共30页具有自动乐曲演奏功能的电子琴设计先给出设计结果视频链接:具有自动乐曲演奏功能的电子琴-视频实录本文为本人于2012年下学期做的EDA数字系统设计,文章详细介绍了“具有自动乐曲演奏功能的电子琴”的FPGA设计原理与方法,使用了ROM存储音符和节拍,矩阵键盘控制整个系统。一、选题目的电子设计自动化,简称EDA(ElectronicDesignAutomation),发展迅速,应用范围日益扩大。它以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。本文应用VHDL硬件描述语言,以Quartus8.0Ⅱ为开发工具设计了一个具有自动演奏乐曲功能的电子琴系统,它能将预先存储在ROM中的多首乐曲自动播放出来,并同时显示音符,此外,还具有电子琴弹奏的功能。选题新颖、实用,趣味性、综合性较强。二、设计目标1.采用44矩阵键盘作为:电子琴按键,高、中、低音选择键,自动播放和电子琴弹奏功能选择键,乐曲选择键。2.使用ROM存储乐曲,达到只要在其中存储乐曲音符节拍的信息即可自动播放的目的,对乐曲的编码要简单易用。3.可自动播放《世上只有妈妈好》、《长亭送别》、《十年》三首歌曲,带选歌和自动循环播放的功能。4.实时显示正在播放的音符。5.设计要具有模块化,层次化的特点。6.波形仿真时采用时序仿真,以更加贴近实际,使系统的实际效果达到最佳。三、实现方案1.原理框图具有自动乐曲演奏功能的电子琴系统的原理结构框图如下:图1硬件系统结构框图第2页共30页第1页共30页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第2页共30页图2软件系统结构框图图3乐曲自动播放模块结构框图图4乐曲弹奏模块结构框图2.设计流程图具有自动乐曲演奏功能的电子琴系统的VHDL程序设计流程图如下图5:第3页共30页第2页共30页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第3页共30页图5程序设计流程图四、设计过程1.音乐基础知识简谱应该说是一种比较简单易学的音乐记谱法。它的最大好处是仅用7个阿拉伯数字----1234567,就能将万千变化的音乐曲子记录并表示出来,并能使人很快记住而终身不忘;同时涉及其他的音乐元素也基本可以正确显示。简谱虽然不是出现在中国,但是好像只有在中国得到非常广泛的传播。乐音的特性:它由四个方面组成:音高、音值、音量、音色。音高:由物体在一定的时间内震动的次数决定,震动次数多,因则高,反之,则低。音值:即音的长短,是由音的延续时间的不同而决定的,音的延续时间长,音则长,反之,则短。音量:即音的强与弱,由震幅的大小决定,震幅大,音则强,反之,则弱。音色:有发音体的性质决定,发音体的形状及泛音的多少决定音色的不同,例如,小提琴、钢琴等各种乐器的音色都是不同的,在合奏时,人们可清楚地辨认。乐音体系:在音乐使用中有固定音高的音的总和叫乐音体系。音级:乐音体系中的各音叫音级,音级有基本音级与变化音级两种。第4页共30页第3页共30页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第4页共30页基本音级:在音乐中经常使用的七个具有独立名称的音叫基本音级。基本音级的名称用字母或唱名两种方式来标记。音名:用C、D、E、F、G、A、B来标记基本音级的叫音名,它表示一定的音高,简谱中用1,2,3,4,5,6,7来标记。唱名:用do、re、mi、fa、sol、la、si作为音级名称的叫唱名。音符:用以记录音的长短高低的符号叫音符(以符头在谱表上的位置来表示音的高低,以形状表示音的长短,音符有符头、符干、符尾三部分或其中某些部分组成,而在简谱中以1234567或其上下加点来表示不同音高,以短下划线(_)或横(—)来表示音的长短)。下面重点介绍组成音乐的两个最基本的要素:每个音符发音的频率及其持续的时间。1.1音符和频率的关系乐曲的十二平均律规定:每2个八度音(如简...