毕业论文（设计）基于 FPGA的音乐播放器的设计说明书.docVIP

摘要 根据国家发改委与专业教学委员会对教育机构的要求，为培养适应我国21世纪国民经济发展的电子设计人才；同时基于国家教委面向21世纪电工电子课程体系改革和电工电子工科教学基地建设两项教学改革研究成果。要求高等本科在校学生能够自己动手完成简单的数字器件设计。 本次设计在自己手动焊接简易的PFGA板子上实现，并且在QusrtusII 9.0上利用VHDL设计数控分频器电路，利用数控分频原理设计音乐硬件演奏电路，并制定LPM-ROM存储音乐数据，以“梁祝”乐曲为例，将音乐数据存储到LPM-ROM，就达到了已纯硬件的手段来实现乐曲演奏的效果，只要修改LPM-ROM所存储的音乐数据，将其转换为其他的音乐数据，再重新制定LPM-ROM，在连接到程序中就可以实现其他与取得演奏。 本次设计采用的FPGA主芯片位ALTERA公司的FLEX系列的EPF10K10LC84-4。由于板子是自己手动在万用板上焊接的所以只焊接了必要的外设如蜂鸣器和LED。 关键词 FPGA；音乐播放器；QuartusII；VHDL； 目录 摘要 I 第一章 前言 2 1.1关于EDA技术 2 1.2 关于VHDL 2 1.3 关于EDA工具 3 1.4 有关本次课程设计 3 第二章 设计实现 4 2.1音乐演奏电路原理 4 2.1.1音符频率的获得 4 2.1.2乐曲节奏的控制 5 2.1.3乐谱发生器 5 2.1.4乐曲演奏电路原理框图 5 2.2音乐硬件演奏电路的设计实现 5 2.2.1各个模块的功能简介 5 2.2.2 music模块 6 2.3地址发生器模块 8 2.3.1地址发生器的VHDL设计 8 2.3.2波形仿真 9 2.4分频预置数模块 9 2.4.1分频预置数模块的VHDL设计 9 2.4.2波形仿真 10 2.5十六进制模块 11 2.5.1十六进制模块的VHDL设计 11 2.5.2波形仿真 11 2.6数控分频模块 12 2.6.1数控分频模块的VHDL设计 12 2.6.2 波形仿真 13 2.7 分频模块 13 2.8顶层模块 15 结论 17 参考文献 18 第一章 前言 1.1关于EDA技术 随着科学技术的进步，电子器件和电子系统设计方法日新月异，电子设计自动化（Electronics Design Automation，EDA）技术正是适应了现代电子产品设计的要求，吸收了多学科必威体育精装版成果而形成的一门新技术。现如今掌握EDA技术是电子信息类专业的学生、工程技术人员所必备的基本能力和技能。 传统电子电路的设计，首先要对系统进行分析，然后按功能对系统进行划分，接下来就要选择特定芯片，焊接成PCB电路板，最后对成品PCB电路板进行调试。这样的设计没有灵活性可言，搭成的系统需要的芯片种类多且数目大，而且对于电路图的设计和电路板的设计都需要很大的工作量，工作难度也很高。然而，随着可编程器件和EDA技术的发展，传统设计的劣势被克服，采用可编程逻辑器件基于芯片的设计方法，期间的内部逻辑和引脚可以由设计者自行决定，大大提高了设计的灵活性，提高了工作效率；同时将系统集成在一个芯片上的设计，使系统具有体积小、功耗低、可靠性高等特点。EDA技术即电子设计自动化技术，它是以可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言为主要的描述方式，以EDA软件为主要的开发软件的电子设计过程。1.2关于VHDL 3EDA工具 sⅡ开发平台和Xilinx公司的ISE开发平台。这些平台中使用的综合工具和仿真工具通常由专业的EDA厂商提供。本次设计中所使用的平台正是QuartusⅡ7.2，它是Altera公司提供的一套集成了编译、布局布线和仿真工具在内的综合开发环境。它能完成从代码输入到编译到仿真再到物理实现的全部设计流程。 1.4有关于本次课程设计 本次课程设计要求使用EDA工具，设计实现简易音乐演奏器，理解音名与频率的关系及数控分频原理，经过对整体进行模块化分析、编程、综合、仿真及最终下载，完整实现简易音乐器的播放功能。 我们知道，与利用单片机来实现乐曲演奏相比，以纯硬件完成乐曲演奏电路的逻辑要复杂得多，如果不借助于功能强大的EDA工具与硬件描述语言，仅凭传统的数字逻辑技术，即使最简单的演奏电路也难以实现。 在后面的章节中会详细介绍利用EDA技术实现简易音乐演奏器的过程。第二章 设计实现 2.1音乐演奏电路原理 先介绍一下硬件电路的发声原理。声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制FPGA某个引脚输出一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出相应频率的声音。乐曲中的每一音符对应着一个确定的频率，要想FPGA发出不同音符的音调，实际上只要控制它输出相应音符的频率即可。乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频，就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音