基于fpga的简易乐谱演奏其设计

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1、课程设计说明书目录1引言12课程简介22.1EDA介绍22.2VHDL介绍22.3QUARTUSII介绍33FPGA简介44设计原理与分析54.1设计题目54.2设计分析54.3设计思想75各模块及功能实现75.1手动自动选择模块75.2音调发生与选择模块85.3数控分频器模块95.4音调编码器电路模块105.5顶层电路及仿真分析115.6硬件下载及实现116总结137参考文献14附录15课程设计说明书1引言VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来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。随着EDA技术的高速发

2、展，电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件CPLD／FPGA的出现，给设计人员带来了诸多方便。利用它进行产品开发，不仅成本低、周期短、可靠性高，而且具有完全的知识产权。突出了其作为硬件描述语言的良好的可读性、可移植性和易读性等优点。本文基于FPGA开发系统，在QuartusII7.2软件平台上，完成了简易多功能信号发生器电路的设计和与仿真，并下载到试验箱进行硬件实现。首先，本文介绍了QuartusII7.2软件的基本使用方法和VHDL硬件描述语言的特点，采用VHDL硬件描述语言描述简易信号发生器，完成对电路的功能仿真。在设计过程中，重点探讨了简易信号发生器设计思路和功

3、能模块划分。然后，初步探讨了电路逻辑综合的原理，该软件对简易多功能信号发生器电路进行了逻辑综合。最后，使用EDA实验开发系统进行电路的下载和验证。验证结果表明设计的简易简易信号发生器完成了预期的功能。简易多功能信号发生器是信号发生器的一种，在生产实践和科研领域中有着广泛的应用。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波和锯齿波等

4、,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。本设计是采用VHDL来实现的简易乐曲演奏器。它能实现自动演奏已存歌曲和手动演奏简易乐曲。且要求实现如下功能：(1)通过按键输入来控制音响声音；(2)演奏时可以通过按键选择是手动演奏还是自动演奏，手动演奏是通过按键进行简易乐曲的演奏，自动演奏则是演奏已存入的固定乐曲；(3)至少保存一首自动演奏的乐曲，且自动演奏的乐曲能重复播放；(4)进行手动演奏和自动演奏时，数码管上要同时能显示演奏乐曲的乐谱；(5)自动播放时，设置低速，中速，快速控制键，能实现乐曲不同速度的播放。课程设计说明书2课程简介2.1EDA介绍EDA是电子设计自动化（ElectronicD

5、esignAutomation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（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）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品

6、从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物等各个领域，都有EDA的应用。2.2VHDL介绍硬件描述语言(HDL)是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输人500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“A=B+C”即可。而且VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL、HDL

7、、AHDL，由不同的EDA厂商开发，互不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准(IEEE-STD-1076)。VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级。寄存器传输级和逻辑门多个设计层次，支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL几乎覆盖了