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【一】:泉 州 师 范 学 院
泉 州 师 范 学 院
毕业论文（设计）
题目
物理与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 2007 级 学生姓名 吴丽萍 学号 070303051 指导教师 曾永西 职称 讲师 完成日期 2011年3月30日
教务处 制
基于FPGA的电子琴设计
泉州师范学院 电子信息科学与技术专业 070303051 吴丽萍
指导教师 曾永西 讲师
【摘要】介绍了基于FPGA的电子琴的工作原理和设计过程。用Altera公司的EP2C8Q208C8N芯片为核心器件，通过运用硬件编程语言VHDL描述，在Quartus II平台上，实现了电子琴的手动弹奏和自动演奏功能。本系统主要由音频发生模块，键盘控制模块和存储器模块组成。选择手动弹奏模式按键时，按下音符键后就会选通相应的频率输出；选择自动演奏模式按键时，储存器会将编写好的音乐信息依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。音频发生器由分频器来实现，可产生16个频率，这些频率经放大后驱动喇叭，从而发出声音。
【关键词 】FPGA；Quartus II；VHDL；电子琴; 音符
目录
第1章 引言 ................................................................................................................................... .3
1.1课题分析 ............................................................................................................................. 3 1.2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介............................................................................. 3
1.2.1 VHDL简介 .............................................................................................................. 3 1.2.2 Quartus II简介 ........................................................................................................ 3
第2章 方案选择及原理分析......................................................................................................... 4
2.1 方案比较 ............................................................................................................................ 4 2.2 电子琴设计原理 ................................................................................................................ 4
2.2.1 分频模块设计方法 ................................................................................................. 5 2.2.2按键模块设计方法 .................................................................................................. 6 2.2.3顶层模块设计方法...................................................................................................6 2.3系统设计的主要组成部分 ................................................................................................. 6 第3章 硬件设计 ............................................................................................................................ 6
3.1现场可编程门阵列FPGA简介 ......................................................................................... 6 3.2按键模块及其功能 ............................................................................................................. 7 3.3显示电路模块及功能 ......................................................................................................... 7 第4章 软件设计 ............................................................................................................................ 7
4.1系统的流程 ......................................................................................................................... 7 4.2设计模块 ............................................................................................................................. 7
4.2.1自动演奏模块 .......................................................................................................... 9 4.2.2音阶发生器模块 ...................................................................................................... 9 4.2.3数控分频模块 ........................................................................................................ 10
第5章 软硬件的系统测试........................................................................................................... 10 结论 ................................................................................................................................................ 10 参考文献 ........................................................................................................................................ 11 致谢 ................................................................................................................................................ 11 附录I歌谱 ..................................................................................................................................12 附录Ⅱ电路图 ............................................................................................................................. ...14 附录III程序 .............................................................................................................................. ..14
第一章 引言
电子琴作为音乐与科技的产物，在电子化和信息化的时代，为音乐的大众化做出了很大的贡献，歌曲的制作大多数都要由电子琴来完成，然后通过媒介流传开来，电视剧和电影的插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。
1.1课题分析
随着电子技术的高速发展，由于FPGA/CPLD具有高速、高可靠性、串并行工作方式等突出优点，所以在电子设计中受到广泛的应用，并且它代表着未来EDA设计的方向。FPGA/CPLD的设计采用了高级语言，例如VHDL语言，AHDL语言。从而进一步打破了软硬件之间的界限，加速了产品的开发过程，缩短了设计周期。所以采用FPGA/CPLD取代传统的标准集成电路、接口电路已经成为电子技术发展的必然趋势。
EDA（电子设计自动化) 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片集成电路（FPGA/CPLD) 实现。
电子琴是数字电路中的一个典型应用。在实际的硬件设计中用到的器件非常多，连线比较复杂，同时会产生比较大的延时，从而造成测量误差较大，可靠性不好。以EDA工具作为开发手段，运用VHDL硬件描述语言将使整个系统大大简化，提高了电子琴整体的性能和可靠性。
1.2 VHDL语言和QUARTUS II环境简介
1.2.1 VHDL语言简介
VHDL是超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言。它出现于80年代后期，最初是由美国国防部开发出来的，是为了供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。VHDL主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中，同时也被一些实力较为雄厚的单位用来设计ASIC。
VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下和基于库的设计特点。其开发流程：在顶层用方框图或硬件语言对电路的行为进行描述后，进行系统仿真验证和纠错。再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表。然后通过适配器将网表文件配置于指定的目标器件，产生最终下载文件或配置文件。最后把适配后生成的下载或配置文件通过编程器或编程电缆下载到具体的FPGA/CPLD器件中去，以便进行硬件调试和验证，而实现可编程的专用集成电路ASIC的设计。
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL系统设计与其他硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从
[1]
逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
1.2.2 Quartus II简介
Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整CPLD设计流程。
Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。Maxplus II 作为Altera的上
一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便的使用方法。Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。[2]www.fz173.com_泉州师范教务管理系统。
2.1 方案比较
第2章 方案选择及原理分析
方案一：采用数字逻辑电路制作，用IC拼凑焊接实现。其特点是直接用现成的IC组合而成，简单方便，但本系统需用到许多分频器，这就使得需要用到相当多的IC，从而造成了体积过于庞大，而且连线也会比较复杂。 方案二：采用单片机实现，通过软件编程，仿真后将程序用编程器写入到单片机芯片上，该方案成本低，稳定度也比较好，但外围电路多，特别是播放音乐时需要用到大容量的外部存储器，这样就增加了编程难度，调试不够直观，也不够灵活方便。
方案三：采用可编程逻辑器件（FPGA）制作，将所有器件集成在一块芯片上，大大减小了电子琴的体积，用VHDL编程实现时更加方便，而且易于进行功能扩展，并可调试仿真，制作时间大大缩短，因此选用了方案三进行设计。
2.2 电子琴设计原理
乐曲都是由一连串的音符组成，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。为了准确地演奏出一首乐曲，仅仅让扬声器能够发出声音是远远不够的，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以及音符持续的时间是乐曲能够连续演奏的两个关键因素。
乐曲的12平均率规定：每2个八度音之间的频率要相差1倍，比如简谱中的中音2与高音2。在2个八度音之间，又可分为12个半音。另外，音符A(简谱中的低音5)的频率为392Hz，音符E到F之间、B到C之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音
表2-1 简谱音名与频率的对应关系
产生各音符所需的频率使用一分频器来实现，由于各音符对应的频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，所以必须将计算得到的分频数四舍五入取整数。若分频器时钟频率过低，则由于分频系数过小，四舍五入取整数后的误差较大；若时钟频率过高，虽然误差变小，但分频数将会变大。在实际的设计中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时钟频率。实际上，只要各个音符间的相对频率关系不变，演奏出的乐曲听起来都不会走调。
【二】:2015年度泉州师范学院公开招聘41名工作人员通告
2015年度泉州师范学院公开招聘41名工作人员通告
根据事业单位公开招聘工作人员有关规定，结合我校教学科研工作需要，经研究，决定组织第四轮2015年度泉州师范学院公开招聘工作人员工作，现就有关事项通告如下：
一、招聘岗位、人数及资格条件
本轮计划招聘教师岗位41人。具体招聘岗位、人数及资格条件，详见《2015年泉州师范学院公开招聘工作人员岗位信息表(四)》(附件一)。
二、招聘基本条件及年龄要求
(一)基本条件
1.具有中华人民共和国国籍，且年满十八周岁;
2.遵守宪法和法律，具备良好的品行和职业道德;
3.热爱教育事业，具有敬业奉献精神;
4.身体健康，具有正常履职的身体条件;
5.符合应聘岗位所要求的各项资格条件;
(二)其他条件说明
1.教授年龄一般不超过50周岁(女教授一般不超过45周岁);副教授、硕士研究生及以上人员一般不超过40周岁(1975年9月1日以后出生)。岗位有作具体要求的按要求执行，个别学术水平高、业绩突出的优秀人才和学校紧缺专业的人才，其年龄要求可适当放宽。
2.应聘人员须于2015年12月31日前取得相应学历学位，取得境外学历学位证书的，还须提供国家教育行政部门出具的学历认定材料。
三、报名办法及资格初审
(一)报名方式
报考人员可根据需要选择现场报名或信函报名方式。
1.现场报名
地点：泉州师范学院人事处(东海校区行政办公楼801室)
联系电话： 0595-22906239 林老师、郭老师
2.信函报名
应聘者按照报名要求将材料邮寄或快递到“福建省泉州市丰泽区东海大街398号 泉州师范学院人事处林老师” (邮编362000)。
3.咨询电话：详见《2015年泉州师范学院公开招聘工作人员岗位信息表(四)》(附件一)中各岗位咨询联系人电话。
(二)报名时间
2015年9月28日—2015年10月16日
现场报名为以上时间段内工作日上班时间，信函报名的截止日期以寄出邮戳为准。
(三)报名所需材料
1、《泉州师范学院公开招聘工作人员报名登记表》(附件二)1份;近期免冠正面1寸彩色相片直接贴于表中相应位置(电子照片直接打印)。
2、提供以下证件原件及复印件：身份证、学历学位证书(含本科及研究生阶段)、本科及研究生阶段课程成绩表(加盖教务或档案管理部门印章)，报考岗位要求的其他相关证明材料。2015年应届毕业生须提供就业推荐表;已取得专业技术职务任职资格的须提供相应资格证书;已参加工作的报考者，需提供现工作单位同意报考证明(或与单位的解除劳动合同关系证明)，若暂时无法提交的，经我校同意后最迟可延至考核前提交。
注：信函报名者可先提供复印件，原件待考试考核前验证。
(四)资格初审
资格初审合格者准予参加考试考核，名单在泉州师范学院综合信息网()公布。应聘人员应完整如实填写《泉州师范学院公开招聘工作人员报名登记表》，并提供相关证明材料，如有弄虚作假的，一经核实，取消考试和聘用资格。
四、考试考核
(一)考试考核办法
主要考核应聘对象的专业知识和基本能力。考试考核以试讲(15-20分钟)、回答评委提问或岗位技能考试为主要形式;
(二)考试考核时间
具体事宜另行通知。
(三)考试考核成绩
考试考核总成绩实行百分制，合格线为75分。成绩将在泉州师范学院综合信息网()公布。
五、体检、考察、公示及聘用
(一)体检
1.体检对象的确定。根据岗位招聘人数，在考试考核总成绩合格的人员中从高分到低分依次等额确定。
2.体检标准。参照福建省公务员考录现行体检标准执行。
(二)考察
体检合格后，对应聘者的政治思想、道德品质、遵纪守法、业务能力以及工作实绩等情况进行全面考察，并对报考人员资格条件进行再次复核。资格条件的最终确认以复核为准，如有材料不完整或信息失实者，取消聘用资格。
(三)公示及聘用
考察合格者确定为拟聘用人选，并在泉州师范学院综合信息网公示5个工作日。公示结果不影响聘用的由人事处与应聘者签订聘用协议书，并按有关规定办理相关聘用或调动手续。
六、其他事项
(一)应聘者在体检、考察、公示等环节因不合格或弃权等原因而造成岗位空缺的，在该岗位符合条件的其他考生中按综合成绩从高到低的顺序依次等额递补。
(二)聘用人员经试用、考核符合学校引进人才条件的，享受学校引进人才的优惠政策。
(三)招聘工作全程接受纪检监察部门及人事行政部门监督。监督举报电话：0595-22919635、22119493.
(四)本通告未尽事宜由泉州师范学院负责解释。
附件一：2015年泉州师范学院招聘教师岗位信息表(四)
附件二：泉州师范学院公开招聘工作人员报名登记表
附件三：2015年泉州师范学院引进高层次人才的条件和优惠待遇
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泉州师范学院
2015年9月28日
（原标题：2015年度泉州师范学院公开招聘工作人员通告(四)；来源网站：泉州师范学院网） 小编提示>>>查看你曾经错过的福建教师招考信息，记得点击：福建教师招考信息网
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来，它就在那，孤芳自赏~
【三】:泉州师范学院学生转专业实施细则
泉师院教[2006]15号
关于印发《泉州师范学院学生转专业实施细则（试行）》的通知 各二级学院、相关部门：
为规范我校在读本、专科学生转专业的管理工作，根据教育部的《普通高等学校学生管理规定》和《泉州师范学院学籍管理规定》等文件精神，特制订学校学生转专业实施细则（试行）。现将《泉州师范学院学生转专业实施细则（试行）》印发给你们，请遵照执行。
附件：泉州师范学院学生转专业实施细则（试行）www.fz173.com_泉州师范教务管理系统。
泉州师范学院
二00六年二月十七日
主题词：教学管理 学生 转专业 实施细则 通知
抄 送：校领导 存档（二）
泉州师院办公室 2006年2月27日印发
附件：
泉州师范学院学生转专业实施细则
（试 行）
一、为进一步推进学分制建设，扩大学生学习自主权，促进学生个性发展，提升人才培养质量，规范我校学生转专业管理，根据《泉州师范学院学籍管理规定》，特制定《泉州师范学院学生转专业实施细则》。
本《细则》中的转专业，是指符合相应条件和程序的在籍生，在同等学历层次间转换不同专业修读的学习行为。
转专业应本着学生自愿和学校教学资源允许的原则，由学校公布计划，安排时间，组织考核；采取双向选择，择优录取
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/fanwen395345/
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