VHDL实现电子琴设计与仿真：自动演奏功能详解

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在本电子琴设计的VHDL实现项目中，核心内容围绕一个高度集成的硬件描述语言（VHDL）设计展开，旨在模拟电子琴的功能。整个设计分为四个关键部分：顶层程序、音阶发生器、数控分频模块和自动演奏模块。 1. **顶层程序与仿真** - 顶层程序（文件名：top.vhd）是整个设计的入口，它定义了实体（entity）`top`，包括输入（如32MHz系统时钟 `clk32MHz`，键盘输入/自动演奏控制 `handTOauto`，以及音符显示信号 `code1` 和键盘输入信号 `index1` 等）和输出（高低音节信号 `high1` 和音频信号 `spkout`）端口。顶层程序使用了`IEEE`库中的标准逻辑模块，并声明了`automusic`、`tone`和`speaker`组件接口。 2. **音阶发生器程序** - 音阶发生器负责根据接收到的键盘输入信号 `index1` 生成对应的音符代码 `code1`。这个组件可能包含了音阶算法，将按键编号映射到相应的音符频率或MIDI编码。 3. **数控分频模块** - 分频模块用于精确控制声音的频率，这在电子琴中至关重要。通过数字信号处理技术，它将系统的时钟信号进行适当分频，以实现不同音调的播放。VHDL的灵活性允许精细的时序控制和频率计算。 4. **自动演奏模块** - 自动演奏模块接收 `handTOauto` 输入信号，当设置为自动模式时，根据预先编好的指令序列，控制音阶发生器和分频模块，实现连续的自动演奏。这里的`automusic`组件可能是关键部分，它处理自动演奏的逻辑，根据输入的 `Auto` 控制信号调整演奏行为。 5. **信号处理与接口** - 设计中还涉及到信号的声明和连接，如 `tone2` 用于存储音调数据，`indx` 用于存储音阶索引。这些信号在整个系统中传递信息，确保各个组件之间的协同工作。 6. **仿真与验证** - 由于提供了仿真波形图，设计者可能使用VHDL综合工具将顶层程序与其他模块结合，生成可仿真模型。这有助于在设计过程中验证每个模块的功能，并确保它们在实际应用中的性能和正确性。这个电子琴设计项目展示了VHDL在模拟乐器控制、音序处理和音频输出方面的应用。通过详细的编程和结构设计，项目实现了电子琴的基本功能，同时为学习者提供了VHDL编程和硬件设计的实际案例。

8.18.4 程序设计与仿真

电子琴 VHDL 程序包含有：顶层程序、音阶发生器程序、数控分频模块程序和自动演

奏模块程序。

1.顶层程序与仿真

（1）顶层 VHDL 程序

--文件名：top.vhd

--功能：顶层文件

--最后修改日期：2004.3.20

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity top is

Port ( clk32MHz :in std_logic; --32MHz 系统时钟

handTOauto : in std_logic; --键盘输入/自动演奏

code1 :out std_logic_vector(6 downto 0); --音符显示信号

index1 :in std_logic_vector(7 downto 0); --键盘输入信号

high1 :out std_logic; --高低音节信号

spkout :out std_logic); --音频信号

end top;

architecture Behavioral of top is

component automusic

Port ( clk :in std_logic;

Auto: in std_logic;

index2:in std_logic_vector(7 downto 0);

index0 : out std_logic_vector(7 downto 0));

end component;

component tone

Port ( index : in std_logic_vector(7 downto 0);

code : out std_logic_vector(6 downto 0);

high : out std_logic;

tone0 : out integer range 0 to 2047);

end component;

component speaker

Port ( clk1 : in std_logic;

tone1 : in integer range 0 to 2047;

spks : out std_logic);

end component;

signal tone2: integer range 0 to 2047;

signal indx:std_logic_vector(7 downto 0);

begin

u0:automusic port map(clk=>clk32MHZ,index2=>index1,index0=>indx,Auto=>handtoAuto);

u1: tone port map(index=>indx,tone0=>tone2,code=>code1,high=>high1);

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VHDL实现电子琴设计与仿真：自动演奏功能详解

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