硬件课程设计基于FPGA的MP3音乐播放器设计说明.doc

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1、基于FPGA的MP3音乐播放器设计——预置乐曲播放器设计摘要：本次课程设计的主题是‘基于FPGA的MP3播放器’，这是一个发展空间很大的课题，研究者可以根据自己的能力水平和兴趣爱好自由发展。我们组实现的功能是‘预置乐曲的播放’。本次设计是在BASYS2实验开发板上实现，使用xinlinx13.1软件，利用VHDL硬件描述言语设计数控分频器电路，利用数控分频原理设计音乐硬件播放数字电路，将音乐数据存放在程序中，利用时钟驱动音符输出，通过集成运放调节音量，达到了乐曲播放的效果。程序中存放的音符数据易修改，只要修改程序中所

2、放的的音符数据，将其转换为其他乐曲的音符数据，就可以实现不同乐曲的播放。关键字：FPGA；xilinx；VHDL；预置音符；音乐播放目录摘要-1-一、绪论-3-1.1研究背景-3-1.2基本技术简介-3-1.2.1可编程逻辑器件FPGA-3-1.2.2硬件描述语言VHDL-3-1.2.3开发软件xilinx-4-二、需求分析和研究思路-4-2.1需求分析-4-2.2研究思路-5-三、系统设计-5-3.1系统原理-5-3.1.1音调控制-6-3.1.2音长控制-6-3.1.3乐谱发生器-7-3.1.4音量控制-7-3.

3、2系统结构-8-3.2.1各功能模块概述-8-3.2.2系统整体原理框图-9-四、详细的程序实现和仿真分析-9-4.1时钟分频模块-9-4.2乐谱码发生模块-10-4.3乐谱码查表模块-11-4.4数控分频模块-11-4.5音量放大模块-12-4.6顶层模块-12-五、结论-12-六、个人感想-13-一、绪论1.1研究背景在电子技术的飞速发展的今天，电子产品的种类越来越多，功能越来越强大，体积越来越小，功耗越来越低。随着经济的快速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，在越来越高效率的生活条件下，人们需要来音乐来释放压

4、力，而体型庞大的随身听已经满足不了人们的需求。在此背景下，MP3应运而生。MP3播放器，顾名思义也就是可播放MP3格式的音乐播放工具。MP3发展到今天，其功能越来越多，外观越来越精致，受到了广大消费者的喜爱。但是传统的Flash存储器的成本居高不下，设计者创意受限，造成MP3播放器卖价不菲但功能单一，而利用FPGA实现的MP3播放器可以用尽可能低的成本提供尽可能多的附加性能。可编程逻辑器件和EDA技术的发展也为本次课程设计提供了一定的研究背景。EDA技术，即电子设计自动化，是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，

5、用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。这样，将原来的“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”，在芯片的设计中完成对电路板的设计，减少了电路板连线，提高了系统集成度，降低了可能的干扰，增加了系统的可靠性和稳定性，提高了设计的灵活性和效率，大大提升了技术指标。1.2基本技术简介1.2.1可编程逻辑器件FPGAFPGA（Field－ProgrammableGateAr

6、ray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA在结构上主要分为三个部分，即可编程逻辑单元，可编程输入/输出单元和可编程连线三个部分。它采用专用的集成电路，用户不需要投片生产就可以得到合用的芯片。FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一，功耗低，是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。本次课程

7、设计使用的是BASYS2开发板，是一个基于xinlinxSpartan-3E可编程逻辑器件和AtmelAT90USB2USB控制器的电路设计和实现的平台，USB电缆提供电源和编程接口，所以他没有其他的电源供应器和编程电缆。BASYS2开发板向用户提供完整的，准备使用的，硬件适合托管围的，基本的逻辑器件复杂控制器的电路，开发板上包括I/O设备和所必须的FPGA支持电路，不需要任何其他组件就可以实现无数的电路设计。1.2.2硬件描述语言VHDLVHDL语言是一种超高速集成电路硬件描述语言，是用于电路设计的高级语言，事实上

8、已成为通用的硬件描述语言。VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口，他的语言形式十分类似于一般的计算机高级语言。他的程序特点是将一个设计实体分成外部和部，外部又称可视部分，或者端口，同理，部又称不可视部分，涉及实体的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