基于Quartus2的乐曲演奏电路设计

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时间:2019-07-15

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1、目录1.引言12.系统设计总述22.1系统设计要求22.2系统设计原理22.3系统结构33.单元模块设计63.1音符数据地址发生器模块CNT138T63.2分频预置查表电路模块F_CODE83.3数控分频器模块SPKER103.4音符数据模块ROMMUSIC124.结语14基于QuartusII的乐曲演奏电路设计基于QuartusII的乐曲演奏电路设计学生姓名:李秉臻指导老师:窦海鹏内容提要:随着电子设计自动化和可编程逻辑器件的出现和飞速发展,在设计周期得到大大缩减的同时系统成本也有了大幅度降低,显然标准逻辑器件的组装已远不能满足这方面的要求。而VerilogHDL能提供高阶电路描述语

2、言的方式,让复杂的的电路可以通过VerilogHDL编辑器的电路合成方式,轻松而且快速的达到设计的规格。本次设计在EDA开发平台QuartusII8.0上利用VerilogHDL语言设计数控分频器电路,利用数控分频的原理设计音乐硬件演奏电路,并定制ROM存储音乐数据,以《梁祝》乐曲为例,将音乐数据存储到开发板ROM中,就达到了以纯硬件的手段来实现乐曲的演奏效果。关键词:EDA硬件乐曲演奏DHL语言QuartusII8.01.引言EDA是ElectronicDesignAutomation(电子设计自动化)的缩写。EDA技术[1]就是依靠功能强大的电子计算机,在EDA工具软件平台上,对以

3、硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化和仿真,直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中,实现既定的电子电路设计功能。EDA技术伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展,经历了计算机辅助设计(ComputerAssistDesign,CAD)、计算机辅助工程设计(ComputerAssistEngineeringDesign,CAED)和电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation,EDA)三个发展阶段。未来的EDA技术

4、将向广度和深度两个方向发展,EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域,随着基于EDA的SOC(单片系统)设计技术的发展,软硬核功能库的建立,以及基于HDL所谓自顶向下设计理念的确立,未来的电子系统的设计与规划将不再是电子工程师们的专利。有专家认为,21世纪将是EDA技术快速发展的时期,并且EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一[2]。乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种,在众多的实现方法中,以纯硬件完成乐曲演奏,随着FPGA集成度的提高,价格下降,EDA设计工具更新换代,功能日益普及与流行,使这种方案的应用越来越多。PFGA预

5、装了很多已构造好的参数化库单元LPM器件,通过引入支持LPM的EDA软件工具,设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品[3]。本文按照EDA开发流程,采用VerilogHDL硬件描述语言开发,将乐曲硬件演奏电路设计进行模块化分解,层次化设计,分成几个单独的结构体,每个结构体实现部分功能,最后,经顶层文件将各单独结构体进行综合,实现乐曲硬件演奏。2.系统设计总述15基于QuartusII的乐曲演奏电路设计2.1系统设计要求与利用微处理器(CPU或MCU)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一些,如果不借助功能强大的EDA工具和硬件描述语言,仅凭传统的数字

6、逻辑技术,即使最简单的演奏电路也难以有效实现。所以本实验设计项目的目标是软件上实现硬件乐曲演奏电路系统仿真与调试;硬件上实现乐曲的发声播放与乐曲简谱显示功能,即当演奏电路播放乐曲时,能够将当前播放的音符通过一列发光二极管以二进制的形式予以显示乐曲高音显示功能。如果电路正在播放高音音符,那么将有一个发光二极管点亮来显示。主要工作:根据硬件演奏电路的功能进行全局分析,采用自上至下的设计方法,从系统总体要求出发,逐步将设计内容细化,最后完成系统结构的整体设计。实现功能乐曲播放,需要完成以下设计:(1)预置乐曲,本文选取了《梁祝》的一段作预置,作预置时,需要将乐曲音符转换成相应的代码,通过计算

7、逐一将音符转换成代码,通过EDA开发平台QuartusII8.0进行乐曲定制。(2)为了提供乐曲发音所需要的发音频率,编写数控分频器程序,对单一输入高频,进行预置数分频,生成每个音符发音的相应频率。(3)为了给分频提供预置数,需要计算分频预置数。(4)对每部分结构单元逐一进行编译,生成相应的元器件符号,并对独立结构单元功能进行仿真。(5)连接独立结构模块,形成完整的乐曲演奏电路。(6)应将其输入信号锁定在芯片确定的引脚上,编译后下载,对此电路进

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