摘要
I
摘要
在 EDA 开发工具 Quartus II 6.0 平台上,采用 VHDL 语言层次化和模块化的
设计方法,通过音符编码的设计思想,预先定制乐曲,实现动态显示乐曲演奏电
路的设计,并在此基础上,基于同一原理,使此电路同时具备了简易电子琴的功
能,使基于 CPLD/FPGA 芯片的乐曲播放数字电路得到了更好的优化,提高了设计
的灵活性和可扩展性。
关键字:EDA;Quartus II;VHDL;CPLD/FPGA;乐曲演奏电路;简易电子琴
ABSTRACT
II
ABSTRACT
Based on the QuartusII-the EDA development tool, this design has adopted the
method of classification and modularization of VHDL level. Through the concept of
note coding, the design of dynamic music-displaying circuit is realized after the musical
composition has been made in advance. On the basis of the above and the same
principle, this electric circuit has the same function of a simple electronic organ. The
design of CPLD/FPGA chip-based music-displaying digital circuit is greatly improved,
and the flexibility and expansibility of the design are improved as well.
Key Words: EDA;Quartus II;VHDL;CPLD/FPGA;music-displaying circuit;
simple electronic organ
目录
III
目录
第 1 章 绪论..................................................................................................................1
1.1 研究背景 .............................................................................................................1
1.2 电子设计自动化发展史 .....................................................................................2
1.2.1 EDA 技术的涵义.......................................................................................2
1.2.2 EDA 技术的发展史...................................................................................2
1.3 EDA 技术发展动态.............................................................................................3
1.4 研究思路及主要工作 .........................................................................................4
第 2 章 可编程技术简介..............................................................................................5
2.1 可编程逻辑器件 FPGA/CPLD...........................................................................5
2.2 硬件描述语言 VHDL.........................................................................................7
2.3 开发软件 QUARTUS Ⅱ ...................................................................................9
第 3 章 系统设计........................................................................................................13
3.1 系统原理 ...........................................................................................................13
3.1.1 音调的控制 .............................................................................................14
3.1.2 音长的控制 .............................................................................................14
3.2 系统结构 ...........................................................................................................15
3.3 各模块分析与设计 ...........................................................................................16
3.3.1 定制《万水千山总是情》音符数据 ROM...........................................16
3.3.2 音符数据地址发生器模块 NOTETABS ............................................17
3.3.3 预置数查表电路电路模块 TONETABA............................................17
3.3.4 发声频率产生模块 SPEAKERA ........................................................17
3.3.5 简易电子琴功能模块 ELECLOCK ....................................................18
第 4 章 系统程序实现与仿真分析............................................................................19
4.1 各部分程序实现 ...............................................................................................19
4.1.1 在 QUARTUSII 6.0 下定制的 LPM_ROM ...........................................19
4.1.2 乐曲硬件演奏电路顶层设计 VHDL 实现............................................19
4.1.3 音符数据地址发生器模块 NOTETABS 程序与说明 ..........................21
4.1.4 预置数查表电路模块 TONETABA 程序与说明..................................22
目录
IV
4.1.5 发声频率产生模块 SPEAKERA 程序与说明 ......................................25
4.1.6 简易电子琴功能模块 ELECLOCK 程序与说明 ..................................27
4.2 仿真结果分析 ...................................................................................................29
4.2.1 Speakera 仿真 ..........................................................................................29
4.2.2 顶层文件仿真(包括电子琴部分)结果 .............................................31
4.2.3 顶层文件仿真(不包括电子琴)结果 .................................................32
4.2.4 简易电子琴单独仿真 .............................................................................33
第 5 章 硬件验证........................................................................................................35
第六章 结束语 .............................................................................................................39
参考文献 .........................................................................................................................39
致谢 .................................................................................................................................40
第 1 章 绪论
1
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着电子技术的飞速发展,微电子技术的进步主要表现在大规模集成电路加
工技术即半导体工艺技术的发展上,使得表征半导体的工艺水平的线宽已经达到
了 60nm,并在不断地缩小,面在硅片单位面积上,集成了更多的晶体管。集成电
路设计正在不断地向超大规模,极低功耗和超高速的方向发展,电子产品的功能
越来越强大,体积越来越小,功耗越来越低。
同时,利用可编程逻辑器件和 EDA 技术使设计方法发生了质的变化。把以前
“电路设计+硬件搭试+调试焊接”转化为“功能设计+软件模拟+仿真下载”。利用
EDA 开发平台,采用可编程逻辑器件 CPLD/FPGA 使硬件的功能可通过编程来
实现,这种新的基于芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思
维,实现多种复杂数字逻辑系统的功能,将原来由电路板设计完成的工作放到芯
片的设计中进行,减少了连线和体积,提高了集成度,降低了干扰,大大减轻了
电路设计和 PCB 设计的工作量和难度,增强了设计的灵活性,有效地提高了工作
效率,增加了系统的可靠性和稳定性,提高了技术指标。
这些技术使得各种电子产品迅速的进入了我们的生活,我们处在一个被电子
产品深度包围的时代,在一个普通老百姓的家里,衣食住行,每一个产品的诞生
都离不开 EDA 技术,从彩色电视机,到智能冰箱,到全自动洗衣机,电饭煲,到
微波炉,电磁炉,电子琴,再到个人随身用的手机,MP3 音乐播放器都需要 EDA
技术提供支持。
本文应用 VHDL 硬件描述语言,设计一个乐曲硬件演奏电路,它能将一首预
先设置存储好的乐曲自动播放出来,除此之外,也能够通过按键的方式输入音符,
使其具备简易电子琴的功能。通过此项研究,能够深切的体会利用 EDA 工具开发
的优越性,在此基础上,对乐曲硬件演奏电路功能进行丰富,具体一定的社会实
用性。
下面对乐曲演奏电路的设计与实现中涉及的 EDA 技术,以及 EDA 技术中常
用的开发器件 CPLD/FPGA 可编程逻辑器件,开发语言 VHDL 以及开发软件
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