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乐曲硬件演奏电路的 EDA 设计
- I -
摘 要
随着科学技术的飞速发展,微电子技术、集成技术和计算机技术也有了迅速
的发展,电子系统的设计方法也随之发生变革,基于 EDA 技术的设计方法也成
为现代电子系统设计的主流。大规模可编程逻辑器件 FPGA/CPLD 是当今应用最
广泛的两类可编程专用集成电路(ASIC)。由于结构和工艺的改进,可编程 ASIC
芯片上包含的资源越来越丰富,可实现的功能越来越强,它已成为实现电子系统
集成化的重要手段。特别是可编程逻辑器件的功能和容量的不断扩大,如
FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)使集成电路的设计进
入片上系统(System on a Chip,SOC)或可编程片上系统(System on a Programmable
Chip,SOPC)的设计时代。同时采用超高速集成电路硬件描述语言 VHDL (Very
High Speed Integrated Circuit Hard—ware Description Language),其具有多层次描
述系统硬件功能的能力,既支持模块化设计,也支持层次化设计,使各种数字化
电子系统的设计通过描述芯片功能实现系统功能,从而有效地缩短了产品开发周
期,减少了设计芯片的数量,缩小了系统体积,降低了系统能耗,提高了系统的
灵活性和可靠性。
关键词 FPGA, 音乐节拍发生器模块,音乐译码电路模块,数控分频模块
沈阳工程学院课程设计(论文)
- II -
Abstract
Technically fly to soon develop along with science, micro-electronics technique,
integration technique and calculator technique also had a quick development and the
design method of electronics system also immediately took place a change and also
become modern main current of design of the electronics system according to the
EDA technical design method.Large-scale and programmable FPGA/CPLD of the
logic spare part is nowadays to apply two types of most extensive programmable
appropriation integrated circuits(ASIC).Because of the improvement of structure and
craft, include on the programmable ASIC chip of the resources be more and more
abundant, can carry out of the function be more and more strong, it has become to
carry out electronics system the integration turn of important means.Function and
capacity of especially programmable logic spare part continuously extend and make
the design of integrated circuit get into a slice of top system(the System on a Chip,
SOC) or programmable slice the top system(a Programmable of the System on Chip,
SOPC) such as the FPGA(the Gate Array of the Field Programmable, the spot
programmable door array) of design ages.Adopt in the meantime extremely high soon
the integrated circuit hardware describe language VHDL(the Circuit Description
Language of the Hard-ware of the Speed Integrated of the Very High), it has the
system hardware of the multilayers description the ability of the function, since
support the mold piece turn a design, also support layer's turn a design and make
various numeral turn the design of electronics system to pass description chip function
to carry out system function, thus and availably shortenned a product a development a
period, reduced to design chip of amount, contracted a system physical volume,
lowering system can consume and raised the vivid and credibility of the system.
Keywords FPGA, the music rhythm occurrence machine mold piece, music
translates the code electric circuit mold piece and the number controls the Pin mold of
cent a piece
乐曲硬件演奏电路的 EDA 设计
- III -
目 录
摘 要...............................................................................................................................I
ABSTRACT .................................................................................................................II
1 引言.............................................................................................................................1
1.1 ASIC 技术 ............................................................................................................1
1.2 专用集成电路 ASIC ............................................................................................1
1.2.1 概述................................................................................................................1
1.2.2 主要特点........................................................................................................2
1.2.3 发展前景........................................................................................................2
1.3 EDA 技术 .............................................................................................................2
1.3.1 概述................................................................................................................2
1.3.2 EDA 技术的发展趋势...................................................................................3
2 乐曲演奏系统设计原理分析.....................................................................................4
2.1 乐曲演奏基本要求 ..............................................................................................4
2.2 乐曲演奏原理 ......................................................................................................4
3 系统硬件设计.............................................................................................................7
3.1 FPGA 的介绍.....................................................................................................7
3.1.1 FPGA 的基本结构.........................................................................................7
3.1.2 Altera 公司的 FPGA......................................................................................7
3.2 FLEX 系列的结构特点........................................................................................8
3.2.1 概述...............................................................................................................8
3.2.1 FLEX 的特点.................................................................................................8
4 乐曲硬件演奏电路的层次化设计方案.....................................................................9
4.1 音乐节拍发生器 NOTETABS ...............................................................................9
4.2 音符译码电路 TONETABA 模块........................................................................14
4.3 数控分频模块 SPEAKERA 设计 .........................................................................16
4.4 乐曲硬件演奏电路的顶层设计和仿真............................................................18
总结..............................................................................................................................21
致 谢............................................................................................................................22
参考文献......................................................................................................................23
乐曲硬件演奏电路的 EDA 设计
- 1 -
1 引言
1.1 ASIC 技术
ASIC(Application Specific Integrated Circuits)专用集成电路,与通用集成
电路相比,它是面向专门用途的电路,以此区别于标准逻辑(Standard Logic)、
通用寄存器、通用微处理器等电路。ASIC 是相对于通用集成电路而言的,两者
并无明显界限。
ASIC 的提出和发展说明集成电路进入了一个新的阶段,通用的、标准的集
成电路已不能完全适应电子系统的急剧变化和更新换代。目前,ASIC 在总的 IC
市场中的占有率已大大提高。与通用集成电路相比,ASIC 在构成电子系统时具
有以下几个方面的优越性:
(1) 提高了产品的可靠性。用了 ASIC 芯片进行系统合成后,外部连线减少,为
调试和维修带来了极大地方便,系统可靠性明显提高。
(2) 易于获得高性能。ASIC 针对专门的用途而特别设计,它是系统设计、电路
设计和工艺设计的紧密结合,这是一体化的设计有利于得到前所未有的高性能系
统。
(3) 可增强产品的保密性和竞争力。电子产品中的 ASIC 芯片对用户来说相当于
一个“黑盒子”。
(4) 在大批量应用时,可显著降低产品的综合成本。用 ASIC 来设计和生产产品
大幅度减少了印刷电路板面积及其他元器件数量,降低了装配调试费用。
(5)提高了产品的工作速度。
(6)缩小了体积,减轻了重量,降低了功耗。
1.2 可编程专用集成电路 ASIC
1.2.1 概述
可编程 ASIC 包括简单可编程 ASIC 和复杂可编程 ASIC 。现场可编程 ASIC
主要是指现场可编程门阵列 FPGA,它是与传统 PLD 不同的一类可编程 ASIC。它
类似于半定制门阵列的通用结构,即由逻辑功能排列成的阵列组成,并由可编程
的互连资源连接这些逻辑功能块来实现所需的设计。从某种意义上说,FPGA 是
一种将门阵列的通用结构与 PLD 的现场可编程性融于一体的新型器件,具有集
成度高、通用性好、设计灵活、编程方便、产品上市快等多方面的优点。
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