基于FPGA简易乐器演奏器设计.docVIP

目录 1 引言 1 2 EDA及QuartusII软件简介 2 2.1 EDA简介 2 2.2 硬件描述语言VHDL 2 2.3 VHDL的设计流程 2 2.4软件介绍 3 3总体设计 4 3.1乐曲演奏电路原理 4 3.2 整体设计思想 4 3.3 乐曲演奏电路模块 4 3.3.1 乐曲选择模块 4 3.3.2数码显示模块 5 3.3.3 模式选择模块 6 3.3.4 手动输入电路模块 7 3.3.5 蜂鸣器模块 7 3.4 顶层文件 8 3.5 硬件下载 9 4总结 10 参考文献 11 附录 12 1 引言 VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。 VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点 。本文基于FPGA开发系统，在QuartusII 9.0软件平台上，完成了简易乐曲演奏器电路的设计和与仿真，并下载到试验箱进行硬件实现。首先，本文介绍了QuartusII 9.0软件的基本使用方法和VHDL硬件描述语言的特点，采用VHDL 硬件描述语言描述简易信号发生器，完成对电路的功能仿真。在设计过程中，重点探讨了简易信号发生器设计思路和功能模块划分。然后，初步探讨了电路逻辑综合的原理，该软件对简易多功能信号发生器电路进行了逻辑综合。最后，使用EDA实验开发系统进行电路的下载和验证。验证结果表明设计的简易乐曲演奏器完成了预期的功能。 本设计是采用VHDL来实现的简易乐曲演奏器。它能实现自动演奏已存歌曲和手动演奏简易乐曲。且要求实现如下功能： (1)通过按键输入来控制音响声音 ； (2)演奏时可以通过按键选择是手动演奏还是自动演奏，手动演奏是通过按键进行简易乐曲的演奏，自动演奏则是演奏已存入的固定乐曲； (3)至少保存一首自动演奏的乐曲，且自动演奏的乐曲能重复播放； (4)进行手动演奏和自动演奏时，数码管上要同时能显示演奏乐曲的乐谱； (5)自动播放时，设置低速，中速，快速控制键，能实现乐曲不同速度的播放。 2 EDA及QuartusII软件简介 2.1 EDA简介 EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的必威体育精装版成果，进行电子产品的自动设计。 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。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。 VHDL的全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言，主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。 在用VHDL语言来设计电路时,主要的过程是这样的：（1）使用文本编辑器输入设计源文件。 （2）使用编译工具编译源文件。VHDL的编译器有很多，ACTIVE公司，MODELSIM公司，SYNPLICITY公司，SYNOPSYS公司，VERIBEST公司等都有自己的编译器。 （3）功能仿真。对于某些人而言