西安邮电大学FPGA 课程设计报告题目： 简易电子琴设计及FPGA功能验证院系：电子工程学院专业班级：学生姓名：导师姓名：起止时间：至2012年6 月 29 日目录1.任务 .22.目的 .23.使用环境 .24.FPGA 课程设计详细内容 .24.1技术规范 .24.1.1总体描述 .24.1.2结构框图 .错误！未定义书签。4.1.3引脚描述 .错误！未定义书签。4.1.3应用范围 .54.2设计方案 .54.2.1顶层方案设计 .54.2.2顶层模块程序 .74.3功能验证方案及源程序 .74.3.1按键输入控制模块方案设计及源程序 .74.3.2控制模块方案设计及源程序 .84.3.3LCD 驱动模块方案设计及源程序 .114.4电路设计及功能仿真报告 .304.5综合及布局布线报告和引脚分布报告 .214.6硬件测试结果报告 .215.课程设计的心得体会 .226.参考资料 .221 任务：a、设计一个简单电子琴。 （内置 24 首简单音调曲）b、用 FPGA 开发板的按键可选择演奏内置曲调，用数码管显示当前演奏的哪个演奏曲目或停止。c、要求电子琴具有自主选择，自动播放所选曲目或停止曲目。2 目的：a、在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解 Verilog HDL 硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的EDA 技术，掌握Verilog HDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识；b、深入学习 Verilog H DL 、FPGA，了解其编程环境；c、学会运用 Modelsim 和 Quartus II 等编程仿真软件；d、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 、FPGA 的学习；3 使用环境(软件 /硬件环境，设备等 )软硬件环境：软件： Quartus II 7.2, Modelsim6.1；硬件环境： DEII 开发板；设备： PC 一台， USB 下载线， FPGA 开发板及电源。在 EDA 软件平台上，根据硬件描述语言 Verilog 完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真、目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。Verilog HDL 语言，用 Modelsim 进行前仿真，以及代码的生成，验证程序验证，也可进行综合。用Quartus II 进行后仿真。4 FPGA 课程设计详细内容4.1 技术规范4.1.1 原理简易电子琴的设计通过软硬件结合实现， 硬件系统包括主控制器芯片、 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。电子琴有自动播放功能。播放功能中有三首曲子。 程序共有六个模块， 分别为主模块、 数码管显示模块、分频模块、计数器模块、存储器模块、音频输出模块。硬件实现是用一个数码管显示当前播放的曲目，另外四个按键key1、key2 用来选择曲目。通过主模块调用各模块实现电子琴的功能。乐曲演奏的原理：乐曲演奏的原理：组成乐曲的每个音符的频率值 (音调 )以及持续时间（音长）是乐曲能持续演奏所需的两个基本数据， 因此只要控制输出到扬声器的激励信号的频率的高低和持续的时间，就可以使扬声器发出持续的乐曲声。音调的控制频率的高低决定了音调的高低。音乐的十二平均率规定：每两个八度音（如简谱中的中音 1 与高音 1）之间的频率相差一倍。在两个八度音之间，又可分为十二个半音，每半个音的频率比为。另外，音名 A(简谱中的低音 6)的频率为 440HZ ，音名 B 到 C 之间， E 到 F 之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音 1 至高音 1 之间的每个音名对应的频率如图所示 :音名频率 (HZ)音名频率 (HZ)音名频率 (HZ)低音 1261.6中音 1523.3高音 11046.5低音 2293.7中音 2587.3高音 21174.7低音 3329.6中音 3659.3高音 31318.5低音 4349.2中音 4698.5高音 41396.9低音 5392中音 5784高音 51568低音 6440中音 6880高音 61760低音 7493.9中音 7987.8高音 71975.5所有不同频率均从同一基准频率分频得到。将分频数四舍五入进行取整，并尽量减小误差。在本设计中选取5MHZ 作为基准频率。从下表中可以看出最大分频系数为 11468 ，采用 14 位二进制计数器分频可满足要求。此外还应给出预置数，对应不同的预置数，只需加载不同的预置数即可。采用加载预置数实现分频的方法比采用反馈复零法节省资源，实现起来更加容易。音名分频比预置数音名分频比预置数音名分频比预置数低音 195576826中音 1477711606高音 1238913994低音 285127871中音 2425712126高音 2212814255低音 375858798中音 3379212591高音 3189614487低音 471599224中音 4357912804高音 4179014593低音 5637810005中音 5318913194高音 5159414789低音 6568210701中音 6284113524高音 6142014963低音 7506211321中音 7253113852高音 7126615117音长的控制音符的持续时间须根据音乐的速度及每个音符的节拍数来确定。如果设定全音符的持续时间为 1S 的话，假设产生4 分音符，则产生四分频即可实现四分音符的时长，并