基于FPGA的乐曲演奏器的设计
基于FPGA音乐播放器设计
参 考 文献 ： 【 １ １ 张庆 玲 ， 杨 勇． Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 原 理 与 实践 ［ Ｍ】 ． 北京： 北 京航 空航 天 大 学 出版 社 ． ２ ０ ０ ６
［ ２ ］ 刘睿 强． Ｆ Ｐ Ｇ Ａ应 用技 术及 实践［ Ｍ ］ ． 北京： 北 京理 工大 学
出版 社 ． ２ ０１ １
［ ３ 】 袁 海林． 基于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的具有存储功 能的 电子琴的设计 Ｉ Ｊ １ ．
中国科技信 ｇ － 。 ２ ０ ０ ７ ， （ １ ９ ） ［ ４ ］ 郑亚民． 可编程逻辑器件开发软件 Ｑ ｕ ａ ａ ｕ ｓ ｌ Ｉ ［ Ｍ］ ． 北京： 国
防 工 业 出版 社 ． ２ ０ ０ ６
机 械 与 自动 化
２ ０ １ ３ ． Ｎ ０． １ １ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ’ 。 。 。 。 。 Ｔ 。 。 。 ｅ 。 ’ ’ ｃ 。 。 。 ｈ 。 。 。 。 ’ ｎ ‘ 。 ｏ 。 。 。 。 ｌ 。 。 ｏ 。 。 — ｇ ｙ —
计数 器是数字 系统 中应 用较 多的基本逻 辑器件 ｌ ２ １ ３ 】 。 它的
综合分析 。其仿真结果如 图 ２所示。
基本功能是实现计数操作 ， 它也可用与分频 、 定 时、 产生节拍脉 冲和脉 冲序列等 。分频器是将不 同频段 的声音信号 区分开来 ，
分别给于放大 ， 送到相应频段的扬声器 中再进行重放。
图 ｌ 数控 果
作者简介 ：
付莉 （ １ ９ ８ ５ 年一 ） ， 女， 汉族 ， 毕业 于桂林 电子科技大学 ， 助
教， 研究方向 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 及嵌 入 式 系统 设 计 。
基于FPGA的电子琴设计课程设计
课程设计摘要乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。
实现方法有许多种。
现用可编程逻辑器件（PLD）来完成该设计。
核心是一数控分频器，对输入的脉冲进行分频，得到每个音阶对应的频率，由此实现简易电子琴的发音功能。
电子琴可演奏由键盘输入的音阶，同时在数码管上显示对应音节的频率。
本设计基于超高速硬件描述语言VHDL在Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144C8芯片上编程实现；经仿真，调试基本能够达到技术指标，仿真结果基本正确。
关键词音乐译码电路模块，VHDL，数控分频，电子琴基于FPGA的电子琴设计AbstractMusic performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。
The design is accomplished using a programmable logic device (PLD). The core is a numerical control frequency divider, the input pulse frequency, the frequency of each scale corresponding to the frequency, thus achieving the function of simple electronic piano. The electronic piano can be played by the keyboard input of the scale, while in the digital tube display the corresponding syllable frequency. The design based on ultra high speed hardware description language VHDL on Altera's cyclone II Series ep2c5t144c8 chip programming; the simulation and debugging can basically meet the technical indicators, and the result of simulation is correct.Keywords Music decoder circuit module，VHDL，Numerical control pointing frequency modules，electronic organ沈阳工程学院课程设计目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................................ I I1 引言 (1)2 VHDL简述及应用 (2)2.1VHDL简述 (2)2.2 VHDL的应用 (2)3 FPGA的简述 (3)3.1 FPGA的介绍 (3)3.2 FPGA的整体结构 (3)3.3 Altera公司的FPGA (3)4 电子琴演奏系统设计原理分析 (4)4.1电子琴演奏设计的基本要求 (4)4.2电子琴演奏原理 (4)4.3音名与频率的关系 (5)4.4控制音长的节拍发生器 (6)5 电子琴硬件演奏电路的层次化设计方案 (8)5.1按键控制模块 (8)5.2自动演奏模块 (8)5.3自动播放控制模块 (9)5.4数控分频模块设计 (9)5.5数码管译码显示 (10)5.6音频驱动模块 (10)结论 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附录1 (15)附录2 (16)基于FPGA的电子琴设计1 引言我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。
FPGA设计quartus万水千山总是情歌曲播放器
乐曲演奏系统设计1.1系统原理传统数字逻辑设计方法相比，本设计借助于功能强大的EDA工具和硬件描述语言来完成，如果只以纯硬件的方法完成乐曲演奏电路的设计，将是难以实现的。
本设计采用了《万水千山总是情》（图3-1）的一部分来曲子来完成。
为了便于理解，首先介绍一下硬件电路的发声原理。
我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制FPGA某个引脚输出一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出相应频率的声音。
而乐曲中的每一音符对应着一个确定的频率，因此，要想FPGA发出不用音符的音调，实际上只要控制它输出相应音符的频率即可（音符和频率的关系见表3-1）。
乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率，就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调。
而要准确地演奏出一首乐曲，仅仅让扬声器能够发声是不够的，还必须准确地控制乐曲的节奏，即每个音符的持续时间。
由此可见，乐曲中每个音符的发音频率与其持续的时间是乐曲能够连续演奏的两个关键因素。
而简易电子琴，工作原理与乐曲演奏一样，只是将固定预置乐曲变成了手动按键输入，节拍时间取决于按键的停留时间，如果合适，同样能播放出完整的歌曲来。
图3-1《万水千山总是情》曲谱1.1.1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和高音1）之间的频率相差一倍。
在两个八度音之间又分为十二个半音。
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到高音1之间每个音名对应的频率，所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到的。
由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，因此必须将计算得到的分频数四舍五入取整。
若基准频率过低，则由于分频比太小，四舍五入取整后的误差较大；若基准频率过高，虽然误差较小，但分频数将变大。
实际的设计应综合考虑这两方面的因素，在尽量减小频率误差的前提下取合适的基准频率。
fpga音乐播放器课程设计
fpga音乐播放器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握FPGA基础知识，理解FPGA的内部结构和编程原理；2. 帮助学生了解音乐播放器的原理，掌握数字信号处理基础知识；3. 使学生能够运用Verilog或VHDL等硬件描述语言设计简单的FPGA音乐播放器。
技能目标：1. 培养学生动手实践能力，能够独立完成FPGA音乐播放器的设计、编程、调试与验证；2. 提高学生团队协作能力，能够在小组合作中发挥个人优势，共同完成项目任务；3. 培养学生解决问题和分析问题的能力，能够针对实际问题提出合理的解决方案。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对电子设计和硬件编程的兴趣，培养良好的学习习惯；2. 培养学生勇于尝试、敢于创新的精神，增强自信心；3. 培养学生具备良好的沟通能力和团队协作精神，提高综合素质。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 掌握FPGA基本原理，能够描述FPGA内部结构和编程方法；2. 学会使用硬件描述语言Verilog或VHDL编写简单的FPGA程序；3. 理解音乐播放器的基本原理，能够运用数字信号处理知识设计音乐播放器；4. 完成一个简易的FPGA音乐播放器设计项目，具备实际操作和调试能力；5. 在项目实践中，提高团队协作、沟通表达和问题解决能力。
二、教学内容1. FPGA基本原理及编程方法：包括FPGA内部结构、工作原理、硬件描述语言（Verilog/VHDL）基础、编程流程等；2. 数字信号处理基础知识：涉及采样定理、量化、编码、数字信号表示等基本概念；3. 音乐播放器原理：介绍音乐播放器的基本工作流程，包括音频信号的采集、处理、存储和播放；4. FPGA音乐播放器设计：结合教材章节内容，设计以下教学大纲：a. FPGA硬件设计：选用合适的FPGA开发板，了解硬件资源分配，设计FPGA硬件电路；b. 音频信号处理：学习音频信号的采样、量化、编码等处理方法，编写相应程序；c. 音乐播放器程序设计：运用Verilog或VHDL编写音乐播放器程序，实现音频信号播放功能；d. 系统调试与验证：对设计好的音乐播放器进行功能测试、性能优化和调试；5. 项目实践：根据教学进度，安排以下教学内容：a. 分组讨论：学生分组讨论设计方案，明确项目任务分工；b. 设计与编程：各组学生根据分工，完成FPGA音乐播放器的设计和编程；c. 调试与展示：学生调试音乐播放器，展示项目成果，分享设计经验；d. 评价与反馈：教师对各组项目成果进行评价，给予反馈和建议。
基于某FPGA的音乐播放器课程设计
唐山学院EDA技术课程设计题目音乐播放器系(部) 智能与信息工程学院班级姓名学号指导教师2016 年12 月22 日至12 月30 日共 2 周2016年12 月31 日课程设计成绩评定表EDA技术课程设计任务书目录1.设计目的与要求 (1)1.1.课程设计目的. (1)1.2.课程设计要求 (1)2.应用工具介绍 (1)2.1.EDA技术介绍 (1)2.2.Verilog HDL 语言介绍 (2)3.基本原理 (3)3.1.音调的控制 (4)3.2.音长的控制 (4)4.方案实现 (5)5.总结 (13)6.参考文献 (14)1.设计目的与要求1.1课程设计目的：1）加深对EDA技术的理解，掌握音乐播放器的工作原理2）了解怎样控制音调的高低变化和音长，从而完成乐曲的自动循环演奏。
3）培养自主学习、正确分析和解决问题的能力1.2课程设计要求：1）使用蜂鸣器播放音乐2）三首音乐以上3）数码管上显示当前播放的歌曲位置（第几首歌曲）4）能够暂停和开始5）能够选择上一首和下一首歌曲2.应用工具介绍作为当今最流行的计算机软件系统，EDA技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
EDA可提供文本输入以及图形编辑的方法将设计者的意图用程序或者图形方式表达出来，而我们经常用到的VHDL语言便是用于编写源程序所需的最常见的硬件描述语言（HDL）之一。
2.1 EDA技术介绍EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来。
EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
基于FPGA的硬件电子琴电路模块方案设计
Southwest university of science and technology FPGA现代数字系统设计实验报告实验名称硬件电子琴电路模块设计专业班级电子1002班学生姓名学号指导教师一、实验要求用FPGA实现乐曲的播放二、实验原理实现乐曲的播放原理:1、将待播放的《梁祝》音乐音符存入ROM；2、以4HZ频率读取ROM；3、根据1MHZ的内部时钟要求，将读出的音符换算成应计数的数值；4、以1MHZ为内部时钟，实现符合要求的方波信号。
图2.1 原理框图本设计包括5个模块:一个是Speakera模块，一个是TONE模块,一个Notetabs 模块，两个分频模块50M~12.5M、50M~4HZ。
1、Speaker模块主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。
2、TONE模块Tone是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。
3、Notetabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在Notetabs 模块放置一个乐曲曲谱真值表，乐曲曲谱真值表放置于名为Music的ROM模块中。
由一个计数器来生成读取ROM所需的地址数据，对ROM以4HZ的频率进行读取，实现控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。
4、50MHZ到12.5MHZ的分频模块由于实验板上，只有50MHZ有源晶振，故将用50MHZ进行分频实现12.5MHZ的时钟。
5、50MHZ到12.5MHZ的分频模块系统需要4HZ频率读ROM，于是用50MHZ，分频得到4HZ频率。
基于FPGA的乐曲自动演奏器的设计
基于FPGA的乐曲自动演奏器的设计
吴定允
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)035
【摘要】为了实现乐曲的自动演奏,可以采用Altera公司的FPGA硬件电路.在其开发平台QuartusII上,以硬件描述语言的系统层次的设计方法,通过数控分频器和LPM_ROM完成了乐曲自动演奏电路的设计,并进行仿真.仿真结果显示利用FPGA 可以灵活、高效地实现乐曲的自动演奏.
【总页数】4页(P8858-8861)
【作者】吴定允
【作者单位】周口师范学院物理与电子工程系,周口,466001
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.42
【相关文献】
1.基于VHDL的乐曲演奏器设计 [J], 魏东;叶葵;李维林
2.一种基于FPGA多首乐曲演奏电路系统的分析设计 [J], 苏莉萍;黎志远
3.基于FPGA动态显示乐曲演奏器片上系统的分析与设计 [J], 杨国庆
4.基于FPGA的乐曲演奏电路的设计 [J], 施奇;毛丽民;张笠君;陈肖帆
5.基于FPGA和UART的乐曲演奏系统设计 [J], 吕兆承; 傅小兰; 李营; 罗靖宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FPGA的音乐播放器的设计
基于FPGA的音乐播放器的设计作者：陈嘉来源：《中国新通信》 2018年第19期【摘要】本文主要从FPGA 概述角度出发，阐述了基于FPGA 音乐播放器电路设计原理，论述了基于FPGA 音乐播放器算法模块设计，最后对音乐播放器系统实现进行叙述，并从不同角度进行详细分析，从而为基于FPGA 的音乐音乐播放器设计研究提供参考。
【关键词】电路原理电子产品系统设计引言随着科学技术不断创新与发展，电子产品生命周期逐渐被缩短，大部分电子产品在半年内便会被新产品所替代，因此要进一步对电子产品开发周期实施缩短，由此便应用到可编程逻辑器件，不仅能够有效缩短产品开发周期，同时随着集成电路制作技术水平不断提升，可编程逻辑器件整体设计技术水平得到有效提升，从而应用到各类电子产品开发当中。
一、FPGA 概述分析FPGA 主要指一种现场可编程门阵列，其主要以CPLD、GAL、PLA 等编程器为基础，通过不断发展和创新产生，属于半定制电路之一，属于专用集成电路领域中的一种，其优势在于填补定制电路存在的缺陷，并且可以解决可编程器件门电路数有限问题。
在实际应用过程中，其主要利用逻辑单元陈列，其中包括内部连线、输入输出模块以及可配置逻辑模块CLB，通过小型查找表来实施组合逻辑，每一个D 触发器输入端都连接着查找表，然后利用触发器来实现I/O 和逻辑电路驱动，同时利用向内部静态储存单元在实现编程数据加载，从而最终实现整个FPGA 功能。
二、基于FPGA 音乐播放器电路设计原理作为一种基本逻辑器件，计数器应用比较广泛，尤其是在数字系统当中应用比较频繁，其主要应用功能是通过计算操作来发挥自身效果，其在应用过程中可以和定时、分频产生脉冲序列和节拍脉冲，分频器能够将频段不同的声音信号进行划分，同时单独将不同声音信号方法，然后将其输送到一定频段扬声器当中，并通过重放方式来实现播放目的，由此可见，播放电路基本原理主要是将声音信号进行单独方法，并通过放大方式来达到一定播放效果。
基于FPGA的音乐硬件演奏电路
基于FPGA的音乐硬件演奏电路设计李宁（渭南师范学院物理与电气工程学院电气工程及其自动化2010级3班）摘要：本设计是一种基于FPGA的音乐硬件演奏电路，该乐曲演奏电路是通过数控分频器电路控制FPGA芯片的某个引脚输出音符所对应频率的方波，接上扬声器就能发出各音符的音调，并且准确地控制乐曲中每个音符的持续时间，使乐曲能够完整并且连续的播放出来。
在此基础上加上数码管，将音符通过数码管显示出来。
该设计可用于生活的各个方面，比如手机铃声、mp3等，提高人们的生活质量。
关键词：FPGA；音乐硬件演奏电路；VerilogHDL语言设计；QUARTUS II 9.0；EDA 技术音乐硬件演奏电路已广泛应用于我们生活的各个角落，比如mp3，手机铃声等，为我们的生活带来了乐趣，同时也说明了现在的电子产品越来越发达。
因此根据国家专业教学委员会对教育机构的要求，为了培养适应我国21世纪国民经济发展需要的电子设计人才，同时基于国家教委面向21世纪电工电子课程体系改革和电工电子工科教学基地建设两项教学改革研究成果，要求高等学校学生能够自己动手完成简单数字器件的设计。
这不但反应了我国当前在电子电路的实验教学体系、内容和方法上的改革思路和教学水平的提高，更重要的是在加强以传统电子设计方法为基础的工程设计训练的同时，使学生能够尽快掌握现代电子设计自动化技术的新方法、新工具和新手段，系统的、科学的培养了学生的实际动手能力、工程设计能力、创新能力，提高了学生的学习与设计兴趣。
本次设计在EDA开发平台QUARTUS II9.0上利用verilog HDL语言设计数控分频器电路，采用FPGA驱动小扬声器，利用数控分频的原理设计音乐硬件演奏电路，以“送别”为例，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，就可以使扬声器发声，同时用数码管实现音符的显示。
1 EDA技术介绍及其发展1.1 EDA技术的介绍EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。
基于FPGA的音乐播放器设计报告
中国地质大学（武汉）基于FPGA的音乐播放器设计专业班级小组成员指导老师2015.06目录一、实现功能 (2)二、成员及任务分工 (2)三、详细设计及原理 (3)1.系统硬件结构设计 (3)2.程序流程 (4)四、具体实现 (5)1.SD卡文件系统的初始化 (5)2.按键选歌模式 (6)3.自动播放模式 (7)4.快进、快退、播放/暂停功能 (7)5.LCD显示歌曲名及歌词模块 (8)6.LED显示功能 (10)7.数码管显示当前曲目、总歌曲数和时间功能 (11)五、碰到的问题及解决过程 (12)1.问题一 (12)2.问题二 (12)3. 问题三 (13)4. 问题四 (13)六、运行效果 (13)七、设计小结 (19)一、实现功能1. 支持SD卡文件读取功能；2. 支持WAV格式音频功能；3. 支持歌词同步显示功能；3. 支持歌曲名称显示功能；4. 支持“播放/暂停”控制功能；5. 支持歌曲选择功能；6. 支持LED灯显示音量功能；7. 支持返回功能；8. 支持硬启动从ROM启动；9.支持数码管显示总歌曲数和第几首歌曲功能；10.支持数码管显示歌曲的播放进度功能；11. 支持LED灯指示拨码开关0~7状态功能；12. 支持前6首歌曲直接选择功能。
二、成员及任务分工三、详细设计及原理1.系统硬件结构设计本设计采用DE2 开发板，充分利用NiosII 软核的特性，结合自定义用户组件、自定义用户外设。
在FPGA 中使用软核处理器的优势在于灵活高效，硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术。
而应用Nios II 软核处理器，开发者能够完全定制CPU 和外设，获得恰好满足需求的处理器，充分利用了Nios II 处理器灵活和高效的特性。
通过DE2 开发板上的SD 卡插槽，读取SD 卡上的音频数据后，送到音频编/解码器，对音质进行相关处理后输出，进行音乐的播放． SD 卡音乐播放是由NiosII 处理器通过软件完成的。