基于DE2的电子琴设计开题报告

全文总字数：1905字

1. 研究目的与意义

通过这次设计我们可以对以前学习的知识进行回顾。通过上课了解的EDA技术，掌握Verilog硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的Verilog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，例如此次课程设计就是基于所学的EDA中的时钟分频器和定时器的基础之上的。通过此次课程设计，达到巩固和综合运用EDA中的知识，理论联系实际，巩固所学理论知识，并且提高自己通过所学理论分析、解决实际问题的能力。同时可以对电子电路，EDA，模拟电路、数字电路等课程进行复习。

EDA技术的发展为我们生活提供了很多的便利，同时也为电子琴的改进提供了可能，电子琴本身作为一种乐器可以丰富人们的生活，增强对音乐的感知力，为学习音乐提供了简便易于使用的工具。

2. 国内外研究现状分析

基于现在社会出于一个高科技引领社会的时代，各种电子产品层出不穷。电子琴因为比普通的电子乐器操作简单应运而生，电子琴的发音音量可自由调节，音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果，表现力也及其丰富。随着社会的发展和家长对孩子多方面综合素质培养的重视，学习电子琴越来越普遍。FPGA是一种新兴的可编程逻辑器件，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程灵活性，被广泛应用于各种电子类产品中。FPGA是实现可重新配置和可扩展体系结构的一种标准器件，可作为标准处理器芯片的算法处理器。

日本于20世纪50年代从美国进口电子琴。1959年，由雅马哈(YAMAHA)株式会社生产了世界上第一台立式电子琴，取名为伊莱克通(Electone)，它有三层键盘。1980年，随着电子集成电路的出现，电子琴开始向小型化发展，雅马哈等厂家生产了便捷式单键盘电子琴(Portatone Portasound)。1983年，雅马哈生产的电子合成器DX7和电钢琴问世。1986年，HX系统高级历史电子琴问世。我们现在常见并熟悉的双排键电子琴是日本于1991年之后生产的EL，ELS系列以及便携式双排键DDK7。在中国，1958年北京邮电学院研制了一台电子管单音电子琴。由于种种原因，至1977年后，我国才大批生产电子琴。1989年，我国年产儿童电子琴200万台，并出口39万台。中国的电子琴事业正在迅速发展。电子琴发展很快，琴的各项功能日趋完善。音色和节奏有最初的几种发展到现在的几百种。除寄存音色外，还可通过插槽外接音色卡。合成器的某些功能，如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到电子琴上。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

基于de2开发平台和quartusii开发软件，利用i2c通信的原理和一些乐理的基本知识，采用verilog编程语言，结合de2开发板上的wm8731元件，设计一个具有弹奏和播放功能的电子琴。大多数的电子琴设计产生对应音调的方法都是通过数控分频器对较高频率的时钟信号进行分频，从而产生需要的频率信号。显然这样得到的信号是方波信号，转换为音频信号后声音比较的刺耳。此次设计利用i2c通信，通过写正弦表的方法，产生具体频率的正弦波来模拟对应的音调，这种方法要比方波产生的音效好。

电子琴系统的设计包含三个主模块电路，分别是键盘控制输入电路、fpga模块、扬声器。其中fpga模块的设计是整个电子琴系统设计的核心内容。三个模块电路的有机组合完成了电子琴手动弹奏与自动演奏、录音回放的功能。产品特点是成本较低，性能稳定，精度高，有一定开发价值。

4. 研究创新点

1.此次设计将使用de2平台实现电子琴功能。

2.采用verilog编程语言，简单易实现，逻辑清晰。

3.利用i2c通信，通过写正弦表的方法，产生具体频率的正弦波来模拟对应的音调，这种方法要比方波产生的音效好。