基于VHDL的音乐演奏电路设计开发开题报告

《基于VHDL的音乐演奏电路设计开发开题报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、开题报告基于VHDL的音乐演奏电路设计开发1选题的背景、意义1598年，意大利籍耶稣会士利马窦第一次来到北京,随行礼物中有八音琴一台。这是有史书记载的最早进入中国的八音琴[1]。1780年前后，拉匀芳的瑞士人从人偶自动钟的原理获得了启示，发明了一种令人赞叹的机制——机械鸟鸣钟。1796年，日内瓦钟匠的发明，给机械音乐盒带来了革命性改变，使音乐盒的体积缩小达到极限,而在接下来的世纪得以成功的发展。17世纪初，音乐盒的工业成为瑞士超过制表和缝制蕾丝业的第一大产业，这使得位于瑞士侏罗山边的小镇闻名于世。当时音乐盒的发声原理如下：一

2、个圆轴上焊上有规律的凸点，附近有一个金属片，圆轴转动，凸点从金属片边缘扫过，由于凸点不同，使发音不同，再加上固定的转速，一周转下来，会作出一支固定美妙的乐曲[2]。随着时代的发展，这些老的音乐盒逐渐被人们遗忘，取而代之的是用电的音乐盒。因为它成本低，使用方便，更适合广大消费者。一般的用电的音乐盒，它们的发声原理如下：首先将6V、3A光源装置固定在底盖上，通过底座上的电源接线柱与直流电源相接[3]，然后将AM硅光电池板竖放在底座上，导线和音乐盒的电源线都接在底座上的另一对接线柱上。光源光应直射在AM硅光电池板上。音乐盒由三极管

3、S9013、音乐集成块HF9300、喇叭、发光二极管、塑料盒等组成。焊接时应切断三极管发射极和音乐IC负端的连线[4]，在断线处两端焊上发光二极管。塑料盒体积为60×54×20(mm)3，面板上方钻一个φ=5mm圆孔作为透光孔，再在面板上钻数个小孔作为透音孔，然后将音乐IC等组件装入塑料盒内即成一个带闪光的发音盒[5]。开启直流电源，光源发光，音乐盒即播放音乐并闪光显示。现在FPGA技术越来越强大，用FPGA实现它能使其造价更低，功能更强大[6]。2相关研究的最新成果及动态随着近几年来电子技术取得突破性的发展，全世界FPGA

4、的应用市场扩大，FPGA得到了更好的发展。主要发展特点趋于如下[7]：1.向更高密度、更大容量的千万门系统级方向迈进当前的个人电脑使用双核、4核、16核处理器来执行各项任务。如今，美英研究人员开发的中央处理器(CPU)将1000个内核有效集成于一个芯片上。这项突破或许将在今后几年开启一个超高速运算的新时代，使家庭用户不再对运行缓慢的电脑系统感到沮丧了。虽然速度更快，但由于新型“超级”电脑的能耗远低于当前电脑，所以就更加环保[11]。　　研究人员采用一种名为“现场可编程门阵列”(以下简称“FPGA”)的芯片，使得微晶片就像都含

5、有数百万个晶体管一样，而晶体管则是任何电路的基本组成部分。不过，FPGA芯片可由用户安装到特定的电路，它们的功能不是在出厂时就设定好的。这样一来，用户可以将晶体管划分成一个个“小群体”，要求每个“小群体”完成不同任务［6］。　通过在FPGA芯片内创建1000个微电路，研究人员便将这个芯片变成了1000个内核的处理器——每个内核都可以遵照自己的指令工作。在测试中，FPGA芯片每秒能处理多达5GB的数据，处理速度大概相当于当前台式机的20倍。这项研究由美国马萨诸塞大学卢维尔分校的同行和英国格拉斯哥大学的韦姆·范德堡韦德(WimV

6、anderbauwhede)博士共同实施。2.向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化发展随着问题规模越来越复杂和对速度等性能要求不断提高，FPGA设计的功耗问题日益成为开发设计的瓶颈，对于以电池供电的便携式的设计而言，降低功耗意味着更长的电池寿命和续航时间，也能扩大FPGA在诸如小型手持设备终端上的应用；对于使用交流电网设计而言，降低功耗则意味着降低设备的工作温度，减少对冷却设备的要求，同时更低的功耗也减少器件的过多的发热可以提高设计的稳定性和延长芯片的寿命。有研究表明，当温度降低20℃，可以使芯片的总体寿命延长10倍到1

7、1倍［７］。降低FPGA功耗的技术主要也就包含两大类：第一类是降低FPGA的动态功耗，主要是在保证设计满足应用要求的情况下，通过降低设计中的有效信号翻转率[8]，减少毛刺无效信号的产生和传播来降低功耗；第二类就是降低FPGA的静态功耗，这可以使用更好的架构如三层氧化物防泄露，更低的或根据不同性能要求对电路不同模块提供不同的供电电压、合适的CMOS门限电压等一些电路基本组成结构上的调整来减少泄露电流这些方法包括使用流水线，门控电路，内嵌的定制功能块，能减少平均布线长度和平均节点负载电容的更好的自适应探索布局布线算法[10]，更

8、好的适合于FPGA逻辑实现的设计算法等［8］。降低FPGA功耗的各种方法可以结合起来获得更好的降低功耗的效果和获得更满意的性能。同时为了达到整个系统功耗尽量低，降低功耗并不仅仅是降低每个时钟周期的功耗，而应该考虑完成完整的计算需要消耗的功耗。比如有人做的流水线设计，在很长的组合逻辑路径中插