基于fpga的音樂(lè)硬件演奏電路

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1、基于FPGA的音樂(lè)硬件演奏電路設(shè)計(jì)李寧（渭南師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化2010級(jí)3班）摘要：本設(shè)計(jì)是一種基于FPGA的音樂(lè)硬件演奏電路，該樂(lè)曲演奏電路是通過(guò)數(shù)控分頻器電路控制FPGA芯片的某個(gè)引腳輸出音符所對(duì)應(yīng)頻率的方波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出各音符的音調(diào)，并且準(zhǔn)確地控制樂(lè)曲中每個(gè)音符的持續(xù)時(shí)間，使樂(lè)曲能夠完整并且連續(xù)的播放出來(lái)。在此基礎(chǔ)上加上數(shù)碼管，將音符通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。該設(shè)計(jì)可用于生活的各個(gè)方面，比如手機(jī)鈴聲、mp3等，提高人們的生活質(zhì)量。關(guān)鍵詞：FPGA；音樂(lè)硬件演奏電路；Ver

2、ilogHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)；QUARTUSII9.0；EDA技術(shù)音樂(lè)硬件演奏電路已廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)角落，比如mp3，手機(jī)鈴聲等，為我們的生活帶來(lái)了樂(lè)趣，同時(shí)也說(shuō)明了現(xiàn)在的電子產(chǎn)品越來(lái)越發(fā)達(dá)。因此根據(jù)國(guó)家專(zhuān)業(yè)教學(xué)委員會(huì)對(duì)教育機(jī)構(gòu)的要求，為了培養(yǎng)適應(yīng)我國(guó)21世紀(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的電子設(shè)計(jì)人才，同時(shí)基于國(guó)家教委面向21世紀(jì)電工電子課程體系改革和電工電子工科教學(xué)基地建設(shè)兩項(xiàng)教學(xué)改革研究成果，要求高等學(xué)校學(xué)生能夠自己動(dòng)手完成簡(jiǎn)單數(shù)字器件的設(shè)計(jì)。這不但反應(yīng)了我國(guó)當(dāng)前在電子電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、內(nèi)容和方法上的改革思

3、路和教學(xué)水平的提高，更重要的是在加強(qiáng)以傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練的同時(shí)，使學(xué)生能夠盡快掌握現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的新方法、新工具和新手段，系統(tǒng)的、科學(xué)的培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)興趣。本次設(shè)計(jì)在EDA開(kāi)發(fā)平臺(tái)QUARTUSII9.0上利用verilogHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)數(shù)控分頻器電路，采用FPGA驅(qū)動(dòng)小揚(yáng)聲器，利用數(shù)控分頻的原理設(shè)計(jì)音樂(lè)硬件演奏電路，以“送別”為例，控制輸出到揚(yáng)聲器的激勵(lì)信號(hào)的頻率的高低和持續(xù)的時(shí)間，就可以使揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)

4、音符的顯示。1EDA技術(shù)介紹及其發(fā)展1.1EDA技術(shù)的介紹EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicDesignAutomation）縮寫(xiě)，是90年代初從CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試）和CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）的概念發(fā)展而來(lái)的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以EDA軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以PLD器件或者ASIC專(zhuān)用集成電路為目標(biāo)器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的一種技術(shù)。自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線(xiàn)、仿真以及對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯和編程下

5、載等工作。101.2EDA技術(shù)的發(fā)展EDA技術(shù)分為三個(gè)階段。（1）七十年代為CAD階段，人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行一些模擬和預(yù)測(cè)、簡(jiǎn)單版圖的繪制、PCB布局布線(xiàn)，取代了手工操作，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念。（2）八十年代為CAE階段，與CAD相比，除了純粹的圖形繪制功能外，在設(shè)計(jì)方法學(xué)、設(shè)計(jì)工具集成化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局、布線(xiàn)，PCB后分析。（3）九十年代為EDA階段，EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子設(shè)

6、計(jì)的普遍工具，EDA的使用包括電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程以及設(shè)計(jì)所涉及到的各個(gè)方面。21世紀(jì)后，EDA技術(shù)得到更快更好的發(fā)展，開(kāi)始步入了一個(gè)新的時(shí)代。1.3EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前的EDA產(chǎn)業(yè)正處在一場(chǎng)大變革的前夕，正因?yàn)楦统杀?、更低功耗的要求和產(chǎn)品上市壓力，使得IC供應(yīng)商提供采用0.13μm或以下的千萬(wàn)門(mén)級(jí)的系統(tǒng)芯片，這就更加迫使EDA供應(yīng)商提供全新的設(shè)計(jì)工具和方法。然而，這些新的需求為當(dāng)代EDA工具和設(shè)計(jì)方法帶來(lái)了不少新的挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)。半導(dǎo)體工藝的每一次躍升都促使EDA工具改變自己，以適應(yīng)工藝的發(fā)展；反過(guò)

7、來(lái)EDA工具的進(jìn)步又推動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。可以說(shuō)EDA工具是IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的背后推手。系統(tǒng)芯片（SOC）正在迅速地進(jìn)入主流產(chǎn)品的行列。由此引發(fā)的“芯片就等于整機(jī)”的現(xiàn)象，將對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)形成重大的沖擊。種種跡象表明，整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)正在醞釀著一場(chǎng)深刻的產(chǎn)業(yè)重組，這將為許多新興的企業(yè)提供進(jìn)入這一行業(yè)的最佳。2樂(lè)曲演奏電路簡(jiǎn)介及基本原理樂(lè)曲演奏廣泛用于手機(jī)鈴聲、集團(tuán)電話(huà)及智能儀器儀表設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)方法有許多種，在眾多的實(shí)現(xiàn)方法中，以純硬件完成樂(lè)曲演奏且隨著FPGA集成度的提高，價(jià)格下降，EDA設(shè)計(jì)工具更新?lián)Q代，功能日

8、益普及與流行，使用這種方案的應(yīng)用越來(lái)越多。PFGA預(yù)裝了很多已構(gòu)造好的參數(shù)化庫(kù)單元LPM器件，通過(guò)引入支持LPM的EDA軟件工具，設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)獨(dú)立而且硅片的使用效率非常高的產(chǎn)品。硬件電路的發(fā)聲原理，每個(gè)樂(lè)曲都是由一連串的音符所組成的，想要使樂(lè)曲發(fā)生，就要確定該樂(lè)曲所對(duì)應(yīng)的音符，每個(gè)音符都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的頻率，只要控制FPGA芯片的某個(gè)引腳輸出音符所對(duì)應(yīng)頻率的方波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出各音符的音調(diào)。然而想要準(zhǔn)確地演奏一首音樂(lè)，僅讓揚(yáng)聲器發(fā)聲1