基于fpga的音樂硬件演奏電路

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

2、ilogHDL語言設(shè)計；QUARTUSII9.0；EDA技術(shù)音樂硬件演奏電路已廣泛應(yīng)用于我們生活的各個角落，比如mp3，手機鈴聲等，為我們的生活帶來了樂趣，同時也說明了現(xiàn)在的電子產(chǎn)品越來越發(fā)達。因此根據(jù)國家專業(yè)教學委員會對教育機構(gòu)的要求，為了培養(yǎng)適應(yīng)我國21世紀國民經(jīng)濟發(fā)展需要的電子設(shè)計人才，同時基于國家教委面向21世紀電工電子課程體系改革和電工電子工科教學基地建設(shè)兩項教學改革研究成果，要求高等學校學生能夠自己動手完成簡單數(shù)字器件的設(shè)計。這不但反應(yīng)了我國當前在電子電路的實驗教學體系、內(nèi)容和方法上的改革思

3、路和教學水平的提高，更重要的是在加強以傳統(tǒng)電子設(shè)計方法為基礎(chǔ)的工程設(shè)計訓練的同時，使學生能夠盡快掌握現(xiàn)代電子設(shè)計自動化技術(shù)的新方法、新工具和新手段，系統(tǒng)的、科學的培養(yǎng)了學生的實際動手能力、工程設(shè)計能力、創(chuàng)新能力，提高了學生的學習與設(shè)計興趣。本次設(shè)計在EDA開發(fā)平臺QUARTUSII9.0上利用verilogHDL語言設(shè)計數(shù)控分頻器電路，采用FPGA驅(qū)動小揚聲器，利用數(shù)控分頻的原理設(shè)計音樂硬件演奏電路，以“送別”為例，控制輸出到揚聲器的激勵信號的頻率的高低和持續(xù)的時間，就可以使揚聲器發(fā)聲，同時用數(shù)碼管實現(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)計自動化（ElectronicDesignAutomation）縮寫，是90年代初從CAD（計算機輔助設(shè)計）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試）和CAE（計算機輔助工程）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機為工作平臺，以EDA軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以PLD器件或者ASIC專用集成電路為目標器件設(shè)計實現(xiàn)電路系統(tǒng)的一種技術(shù)。自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線、仿真以及對于特定目標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)分為三個階段。（1）七十年代為CAD階段，人們開始用計算機輔助進行一些模擬和預測、簡單版圖的繪制、PCB布局布線，取代了手工操作，產(chǎn)生了計算機輔助設(shè)計的概念。（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)計方法學、設(shè)計工具集成化方面取得了長足的進步，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者相結(jié)合，實現(xiàn)了工程設(shè)計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局、布線，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、計的普遍工具，EDA的使用包括電子系統(tǒng)開發(fā)的全過程以及設(shè)計所涉及到的各個方面。21世紀后，EDA技術(shù)得到更快更好的發(fā)展，開始步入了一個新的時代。1.3EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢目前的EDA產(chǎn)業(yè)正處在一場大變革的前夕，正因為更低成本、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或以下的千萬門級的系統(tǒng)芯片，這就更加迫使EDA供應(yīng)商提供全新的設(shè)計工具和方法。然而，這些新的需求為當代EDA工具和設(shè)計方法帶來了不少新的挑戰(zhàn)與機會。半導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

7、來EDA工具的進步又推動設(shè)計技術(shù)的發(fā)展?？梢哉fEDA工具是IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)的背后推手。系統(tǒng)芯片（SOC）正在迅速地進入主流產(chǎn)品的行列。由此引發(fā)的“芯片就等于整機”的現(xiàn)象，將對整個電子產(chǎn)業(yè)形成重大的沖擊。種種跡象表明，整個電子產(chǎn)業(yè)正在醞釀著一場深刻的產(chǎn)業(yè)重組，這將為許多新興的企業(yè)提供進入這一行業(yè)的最佳。2樂曲演奏電路簡介及基本原理樂曲演奏廣泛用于手機鈴聲、集團電話及智能儀器儀表設(shè)備中。實現(xiàn)方法有許多種，在眾多的實現(xiàn)方法中，以純硬件完成樂曲演奏且隨著FPGA集成度的提高，價格下降，EDA設(shè)計工具更新?lián)Q代，功能日

8、益普及與流行，使用這種方案的應(yīng)用越來越多。PFGA預裝了很多已構(gòu)造好的參數(shù)化庫單元LPM器件，通過引入支持LPM的EDA軟件工具，設(shè)計者可以設(shè)計出結(jié)構(gòu)獨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，每個樂曲都是由一連串的音符所組成的，想要使樂曲發(fā)生，就要確定該樂曲所對應(yīng)的音符，每個音符都對應(yīng)相應(yīng)的頻率，只要控制FPGA芯片的某個引腳輸出音符所對應(yīng)頻率的方波，接上揚聲器就能發(fā)出各音符的音調(diào)。然而想要準確地演奏一首音樂，僅讓揚聲器發(fā)聲1