FPGA课程设计 张锦希

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1、武汉理工大学FPGA应用课程设计课程设计任务书学生姓名：张锦希专业班级：指导教师：崔春华工作单位：信息工程学院题目:电子琴的设计课程设计目的：《FPGA原理与应用》课程设计的目的是为了让学生熟悉基于VHDL语言进行FPGA开发的全流程，并且利用FPGA设计进行专业课程理论知识的再现，让学生体会EDA技术的强大功能，为今后使用FPGA进行电子设计奠定基础。课程设计内容和要求设计内容：（1）设计一个八音电子琴。（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。要求每个学生单独完成课程设

2、计内容，并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果，给出程序清单，最后通过课程设计答辩。时间安排：序号阶段内容所需时间1方案设计1天2软件设计2天3系统调试1天4答辩1天合计5天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日I武汉理工大学FPGA应用课程设计目录摘要1Abstract21设计意义和要求31.1设计意义31.2功能要求32方案论证及原理分析42.1实现方案比较42.2乐曲实现原理42.3系统组成及工作原理63系统模块设计83.1顶层模块的设计83.2乐曲自动演奏模块的设计83.3音阶发生器模块的设计93.4数控分

3、频器模块的设计94程序设计114.1VHDL设计语言和ISE环境简介114.2顶层模块的程序设计124.3乐曲自动演奏模块的程序设计134.4音阶发生器模块的程序设计134.5数控分频模块的程序设计145设计的仿真与实现155.1乐曲自动演奏模块仿真155.2音调发生模块仿真185.3数控分频模块仿真195.4电子琴系统的仿真205.5设计的实现225.6查看RTL视图235.7查看综合报告256心得体会317参考文献328附录33II武汉理工大学FPGA应用课程设计摘要随着基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动

4、控制用计算机等领域的重要性日益突出。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。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。此次设计主要是基于VHDL文本输入法设计乐曲演奏电路，运用VHDL语言对简易电子琴的各个模块进行设计，并使用EDA

5、工具对各模块进行仿真验证。该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，通过按键输入来控制音响或者自动演奏已存入的歌曲。系统由乐曲自动演奏模块、音调发生模块和数控分频模块三个部分组成。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符信息依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。系统实现是用硬件描述语言VHDL按模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、电路功能验证，奏出美妙的乐曲（当然由于条件限制，暂不进行功能验证，只进行编程和时序仿真）。关键词：EDA，VHDL，电子琴，

6、自动演奏38武汉理工大学FPGA应用课程设计AbstractWiththeexpansionandfurtherFPGA-basedEDAtechnologydevelopmentandapplications,theimportanceofEDAtechnologyinthefieldofelectronicinformation,communication,computerandotherautomaticcontrolhavebecomeincreasinglyprominent.EDAtechnologyistothecomputerasatoolde

7、signerintheEDAsoftwareplatform,hardwaredescriptionlanguageHDLcompletethedesignfileandthenautomaticallydonebycomputerlogiccompilation,simplification,segmentation,integration,optimization,placement,routingandsimulation,untilforspecifictargetchipadaptercompilation,mappingandlogicprogra

8、mmingdownloadwork.U