EDA课程设计报告--EDA技术及其应用（乐曲演奏电路

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1、EDA技术及其应用——乐曲演奏电路蓝雪英（电子信息工程学系指导教师：余尤好）摘要：本设计基于现场可编程门阵列FPGA，通过EDA技术，采用VHDL超高速集成电路硬件描述语言实现乐曲演奏电路，用FPGA器件驱动小扬声器演奏“世上只有妈妈好”片段。关键字：EDA乐曲演奏电路FPGAMax+plusⅡ软件1原理分析1.1EDA技术在现代电子系统的设计中，EDA技术已经成为一种普遍的工具。EDA即电子设计自动化，EDA技术的发展是，以计算机科学，微电子技术的发展为基础，并融合了应用电子技术、智能技术以及计算机图形学、

2、拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果发展起来的。简单的说，EDA就是立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。电子系统的设计方法从电子计算机辅助设计CAD、电子计算机辅助工程CAE到电子设计自动化EDA，设计的自动化程度越来越高，设计的复杂性也越来越强。它采用硬件描述语言HDL进行设计。FPGA（Field－ProgrammableGateArray），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。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种

3、半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。超高速集成电路硬件描述语言VHDL是HDL的一种，是一种标准化程度较高的硬件描述语言，主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。进入到21世纪后，EDA技术得到了更快的发展，开始步入了一个新的时期，突出地表现在以下几个方面：（1）电子技术各个领域全方位融入EDA技术，除了

4、日益成熟的数字技术外，可编程模拟器件的设计技术也有了很大的进步。EDA技术使得电子领域各学科的界限更加模糊，它们相互渗透和包容，如模拟与数字、软件和硬件、系统和器件、ASIC与FPGA、行为与结构等，软、硬协同设计技术也成为EDA技术的一个发展方向。（2）IP核在电子设计领域得到了广泛的应用，基于IP核的SOC设计技术趋向成熟，电子设计成果的可重用性进一步提高。（3）嵌入式微处理器软核的出现，更大规模的FPGA/CPLD器件的不断推出，使得可编程芯片系统步入实用化阶段，在一片FPGA芯片中实现一个完备的系统已

5、成为可能。（1）用FPGA器件实现完备硬件的数字信号处理成为可能，用纯数字逻辑进行DSP模块的设计，使得高速DSP实现成为现实，并有力地推动了软件无线电技术的实用化。基于FPGA的DSP技术为高速数字信号处理算法提供了实现途径。（2）在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的EDA软件不断推出，系统级、行为验证级硬件描述语言的出现使得复杂电子系统的设计和验证更加高效。在一些大型的系统设计中，设计验证工作非常艰巨，这些高效的EDA工具的出现减轻了开发人员的工作量。1.2Max+plusⅡ软件Max+plusⅡ是A

6、ltera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plusⅡ上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Max+plusⅡ提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Fu

7、nction）。Max+plusⅡ软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价值的宏函数。2总体方案设计2.1设计内容要求设计一个乐曲演奏电路，用FPGA器件驱动小扬声器演奏“世上只有妈妈好”片段。按照图一乐谱，设计相应电路控制speaker信号的方波频率，某一频率持续时间长短，各频率间间隔大小，就可以推动小扬声器演奏乐曲。图一“世上只有妈妈好”乐谱片段2.2设计方案比较方案一：由单片机MSP430F149来实现乐曲演奏电路的设计，外围电源采用+3V电源供电，时钟有8MHz的晶振产生，中央处理器由MS4

8、30F149单片机来完成，乐曲演奏状态由七段数码管来模拟。这种方案，结构简单容易掌握，各部分电路实现起来都非常容易，在传统的乐曲演奏设计中也应用得较为广泛，技术成熟。其原理框图见图二。图二单片机原理实现框图方案二：基于现场可编程门阵列FPGA，通过EDA技术。采用VHDL超高速集成电路硬件描述语言实现乐曲演奏电路设计。程序设计思想为：1、分频电路产生不同频率方波；2、利用计数器实现speaker信号