[实用新型]一种新型电子琴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种乐器，具体说是一种新型电子琴。 

背景技术

目前，电子琴是现代科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器，它在现代音乐扮演着重要角色。电子琴因其操作简单，且能模拟各种传统乐器的音色，而深受消费者喜爱。FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA的使用非常灵活，内部可利用资源丰富，同一片FPGA通过不同的设计可以产生不同的电路功能。本实用新型是基于FPGA芯片，利用VHDL硬件描述语言设计系统核心部件，再配以适当的外围电路，而设计的一种电子琴。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种电路结构简单、设计合理，体积小、功耗低、使用中故障率低的新型电子琴。 

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括键盘模块和电路核心模块和扬声器，所述的电路核心模块采用FPGA芯片，由自动演奏及键盘编码模块、音符产生电路模块和声音输出控制模块构成，三者相互连接，在外围有频率发生器、键盘模块、音色产生器与之连接，键盘模块与自动演奏及键盘编码模块连接，频率发生器输出与自动演奏及键盘编码模块和声音输出控制模块的时钟信号输入端连接，音色产生器与声音输出控制模块输出端连接，音色产生器的输出通过功率放大器后连接扬声器。 

本实用新型的优点是： 

结构简单、设计合理，体积小、功耗低，该设计将电子琴系统的核心部分集成在可编程逻辑器件FPGA芯片上，大大简化了外部电路，较以前的传统设计，既减少了所用芯片的种类和数量，缩小了体积，降低了功耗，提高了系统的整体性能，对系统在使用中的故障率大为减少。同时成本较 低具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1是本实用新型原理框图； 

图2是本实用新型音色产生器电路图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。 

由图1-图2可知，本实用新型包括键盘模块2和电路核心模块和扬声器8，所述的电路核心模块采用FPGA芯片，由自动演奏及键盘编码模块3、音符产生电路模块4和声音输出控制模块5构成，三者相互连接，在外围有频率发生器1、键盘模块2、音色产生器6与之连接，键盘模块2与自动演奏及键盘编码模块3连接，频率发生器输出1与自动演奏及键盘编码模块3和声音输出控制模块5的时钟信号输入端连接，音色产生器6与声音输出控制模块5输出端连接，音色产生器6的输出通过功率放大器7后连接扬声器8。 

所述的音符产生电路模块4还与发光二极管9和数码管10连接，发光二极管9用于指示音调的音区信息，分别对应高音、中音、低音，数码管10输出音符的显示数码。 

所述的音色产生器6电路主要有74LS93芯片和电容、电阻构成。 

所述的键盘模块2共有12个琴键，分高音、中音、低音3个音区。 

本实用新型由频率发生器1产生时钟脉冲作为系统的基准频率，FPGA芯片的自动演奏及键盘编码模块3中CLK端接基准频率产生器，输入系统的基准频率；HIGH2，MED2，LOW2分别接键盘模块2上高、中、低音的控制开关，Index2[0]～Index2[11]分别接键盘模块2上的12个琴键，HIGH0，MED0，LOW0分别输出音调的音区信息(分别对应高音、中音、低音区)；Index0[0]～Index2[11]输出琴键编码或音乐存储器里的乐曲的音符编码。 

音符产生电路模块4的作用是产生各音符的分频预置值。根据各音名与频率的关系以及声音输出控制模块5中数控分频器的设计，分别计算出高音区、中音区、低音区不同音符的分频预置值。输出端HIGH，MED，LOW 分别接发光二极管9，指示音调的音区信息(分别对应高音、中音、低音区)，CODE[7..0]接LED数码管10，输出音符的显示数码。 

声音输出控制模块5主要电路为数控分频器，其中CLK1端输入系统的基准频率，TONE1接音符产生电路模块4传来的分频预置值，SPKS输出端接音色产生器6，输出各音符所对应的频率。音色产生器6的功能是模拟各种传统乐器如笛子、小号、双簧、风琴等的乐音。这些乐音的区别表现在发同一音符时，波形的频谱与包络特性不同。音色产生电路中，74LS93芯片的输入脉冲CLK0来自FPGA芯片的音符频率输出端SPKS；74LS93的输出端Q0～Q3为音符频率SPKS的2，4，8及16分频信号。电阻R₁～R₁₀组成权电阻相加网络，可产生由不同频率成分与不同幅度组成的各种波形。适当选择R₁～R₁₀的阻值或一定比值(与乐器标准音比较后定)，可获得笛子、小号、双簧、风琴等的基本乐音，再经RC滤波输出，以改善音色。音色产生器6的输出经功率放大器7放大后，通过扬声器8播出。