基于VHDL的音乐播放器的设计

摘要I摘要在EDA开发工具QuartusII6.0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；QuartusII；VHDL；CPLD/FPGA；乐曲演奏电路；简易电子琴ABSTRACTIIABSTRACTBasedontheQuartusII-theEDAdevelopmenttool,thisdesignhasadoptedthemethodofclassificationandmodularizationofVHDLlevel.Throughtheconceptofnotecoding,thedesignofdynamicmusic-displayingcircuitisrealizedafterthemusicalcompositionhasbeenmadeinadvance.Onthebasisoftheaboveandthesameprinciple,thiselectriccircuithasthesamefunctionofasimpleelectronicorgan.ThedesignofCPLD/FPGAchip-basedmusic-displayingdigitalcircuitisgreatlyimproved,andtheflexibilityandexpansibilityofthedesignareimprovedaswell.KeyWords:EDA；QuartusII；VHDL；CPLD/FPGA；music-displayingcircuit；simpleelectronicorgan目录III目录第1章绪论.................................................................................................................11.1研究背景............................................................................................................11.2电子设计自动化发展史....................................................................................21.2.1EDA技术的涵义......................................................................................21.2.2EDA技术的发展史..................................................................................21.3EDA技术发展动态............................................................................................31.4研究思路及主要工作........................................................................................4第2章可编程技术简介.............................................................................................52.1可编程逻辑器件FPGA/CPLD..........................................................................52.2硬件描述语言VHDL........................................................................................72.3开发软件QUARTUSⅡ..................................................................................9第3章系统设计.......................................................................................................133.1系统原理..........................................................................................................133.1.1音调的控制............................................................................................143.1.2音长的控制............................................................................................143.2系统结构..........................................................................................................153.3各模块分析与设计..........................................................................................163.3.1定制《万水千山总是情》音符数据ROM..........................................163.3.2音符数据地址发生器模块NOTETABS............................................173.3.3预置数查表电路电路模块TONETABA...........................................173.3.4发声频率产生模块SPEAKERA.......................................................173.3.5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...........................................................................194.1各部分程序实现..............................................................................................194.1.1在QUARTUSII6.0下定制的LPM_ROM..........................................194.1.2乐曲硬件演奏电路顶层设计VHDL实现...........................................194.1.3音符数据地址发生器模块NOTETABS程序与说明错误!未定义书签。目录IV4.1.4预置数查表电路模块TONETABA程序与说明....错误!未定义书签。4.1.5发声频率产生模块SPEAKERA程序与说明........错误!未定义书签。4.1.6简易电子琴功能模块ELECLOCK程序与说明....错误!未定义书签。4.2仿真结果分析.....................................................................错误!未定义书签。4.2.1Speakera仿真............................................................错误!未定义书签。4.2.2顶层文件仿真（包括电子琴部分）结果...............错误!未定义书签。4.2.3顶层文件仿真（不包括电子琴）结果...................错误!未定义书签。4.2.4简易电子琴单独仿真...............................................错误!未定义书签。第5章硬件验证..........................................................................错误!未定义书签。第六章结束语...............................................................................错误!未定义书签。参考文献...........................................................................................错误!未定义书签。致谢...................................................................................................错误!未定义书签。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