cpld的音樂播放器的設(shè)計(jì)-文庫吧
2024-09-17 08:06 本頁面
【正文】 CPLD 的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵還是在于內(nèi)部芯片的設(shè)計(jì)。由于 EDA 軟件的功能日益強(qiáng)大， 原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。本次設(shè)計(jì)采用的是 Altera 公司的 CPLD 芯片，我們會(huì)利用 Quartus II 進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中采用軟件中的集成文本編輯器，來進(jìn)行 VHDL 語言的設(shè)計(jì)。 關(guān)于音樂的選擇方面，盡量選擇一些節(jié)奏緩慢，節(jié)拍清晰的歌曲，且音律范圍不要太廣的歌曲，這樣在設(shè)計(jì)上，即可盡量節(jié)約芯片內(nèi)部資源 [6]。 另外， CPLD 器件的選擇也是一個(gè)關(guān)鍵。我們擬采用 CPLD 通用板來設(shè)計(jì)，這樣的話，包括基準(zhǔn)時(shí)鐘在內(nèi)的所有芯片外的東西，都需要外部接入來完成，因此，廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 EDA 課程設(shè)計(jì) 對(duì)芯片的結(jié)構(gòu)了解也是一個(gè)關(guān)鍵。 外圍電路的 設(shè)計(jì) 外圍電路都是一些最基本，最常見的模擬電路，因此在使用不會(huì)有太大問題，但有一個(gè)要注意的地方，就是在一些電阻和電容的取值上，要比較細(xì)心，比如說在放大器的發(fā)生模塊上，要求驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電阻值就比較小，而且非常精確，一旦太大，可能會(huì)導(dǎo)致無法驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，因此可以盡量采用滑動(dòng)變阻器，通過計(jì)算與調(diào)試后，得出比較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù) [7]。外圍電路的調(diào)試工作要配合芯片設(shè)計(jì)一起進(jìn)行，這樣可以調(diào)試出音樂輸出的最佳狀態(tài)。 總體設(shè)計(jì)概述 MAX II 系列 CPLD MAX II 器件系列是一種非易失性、即用性可編程邏輯系列，它采用了一 種突破性的新型 CPLD 架構(gòu)。這種新型架構(gòu)的成本是原先 MAX 器件的一半，功耗是其十分之一，密度是其四倍，性能卻是其兩倍。這些超級(jí)性能是在提供了所有 MAX系列 CPLD 先進(jìn)特性的架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù) Altera 專家們的意見而重新采用基于查找表的架構(gòu)而得到的。這種基于查找表的架構(gòu)在最小的 I/O 焊盤約束的空間內(nèi)提供了最多的邏輯容量。因此 ,MAX II CPLD 是所有 CPLD 系列產(chǎn)品中成本最低、功耗最小和密度最高的器件。 基于成本優(yōu)化的 6層金屬 Flash工藝 ,MAX II器件系列具有 CPLD所有的優(yōu)點(diǎn)，例 如非易失性、即用性、易用性和快速傳輸延時(shí)性。以滿足通用性 ,低密度邏輯應(yīng)用為目標(biāo)， MAX II 器件成為接口橋接、 I/O 擴(kuò)展、器件配置和上電順序等應(yīng)用最理想的解決方案。除這些典型的 CPLD 應(yīng)用之外， MAX II 器件還能滿足大量從前在 FPGA、 ASSP 和標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件中實(shí)現(xiàn)的低密度可編程邏輯需求。 MAX II 器件提供的密度范圍從 240 到 2210 個(gè)邏輯單元（ LE） ,最多達(dá) 272 個(gè)用戶 I/O 管腳。 本次設(shè)計(jì)核心模塊 CPLD 采用 ALTERA 公司 MAX II 系列的 EPM240T100C廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 EDA 課程設(shè)計(jì) 芯片。該芯片共有 100 個(gè)管腳，內(nèi)部 240 個(gè)邏輯單元，如圖 所示，為該芯片的封裝圖及管腳功能 [8]。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 8 M a y 2020 S he e t of F i l e : D : \ di a nl ut u\ M y D e s i D r a w n B y :I / O1I / O2I / O3I / O4I / O5I / O6I / O7I / O8V C C I O9G N D I O10G N D I N T11I O C L K12V C C I N T13I O C L K14I / O15I / O16I / O17I / O18I / O19I / O20I / O21T M S22T D I23T C K24T D O25I/O26I/O27I/O28I/O29I/O30VCCIO31GNDIO32I/O33I/O34I/O35I/O36I/O37I/O38I/O39I/O40I/O41I/O42DEV_OE43DEV_CLRn44VCCIO45GNDIO46I/O47I/O48I/O49I/O50I / O51I / O52I / O53I / O54I / O55I / O56I / O57I / O58V C C I O59G N D I O60I / O61I O C L K62V C C I N T63I O C L K64G N D I N T65I / O66I / O67I / O68I / O69I / O70I / O71I / O72I / O73I / O74I / O75I/O76I/O77I/O78GNDIO79VCCIO80I/O81I/O82I/O83I/O84I/O85I/O86I/O87I/O88I/O89I/O90I/O91I/O92GNDIO93VCCIO94I/O95I/O96I/O97I/O98I/O99I/O100E P M 2 4 0 T 1 0 0M A X II 總體設(shè)計(jì)思路 總體設(shè)計(jì)框圖與設(shè)計(jì)思路 如圖 所示，是本設(shè)計(jì)的音樂播放器的原理框圖。其核心模塊為 CPLD 芯片，內(nèi)部有音調(diào)發(fā)生器和音樂編碼器模塊。音樂編碼器內(nèi)儲(chǔ)存著預(yù)先設(shè)定的歌曲的編碼。音樂編碼器控制著音調(diào)發(fā)生器，每當(dāng)音樂節(jié)奏時(shí)鐘送給音樂編碼器一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，音樂編碼器就當(dāng)前要播放的音符的編碼送給音調(diào)發(fā)生器。音調(diào)發(fā)生器根據(jù)編碼對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)將基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻，得到當(dāng)前要播放的音符所對(duì)應(yīng)頻率的脈沖，再用這個(gè)脈沖去激勵(lì)揚(yáng)聲器，就可以得到這個(gè)音符 的聲音。 核心部分 CPLD 利用 VHDL 語言來完成，其他部分通過外圍電路實(shí)現(xiàn)。 廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 EDA 課程設(shè)計(jì) CPLD 設(shè)計(jì)思路 在購買 CPLD 芯片之前，首先對(duì)所編寫好的程序在 Quartus II 軟件中進(jìn)行編譯仿真，在編譯中，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出整個(gè)程序所需要的 CPLD 邏輯單元數(shù)。因此根據(jù)最后編譯的結(jié)果，我們選擇了 EPM240 型芯片，其內(nèi)部邏輯單元數(shù)為 240 個(gè)，只要對(duì)程序進(jìn)行一定的優(yōu)化處理，即可以滿足所有的設(shè)計(jì)要求。 另外，為了使整個(gè)設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)潔，程序中的四首歌全部編寫歌曲的高潮部分，這樣聽起來更加耳熟能詳，同時(shí)也能節(jié)省更多的芯片內(nèi)部資源。 外圍電路設(shè)計(jì)思路 揚(yáng)聲器方面則沒有太多的選擇，只要能夠整個(gè)電路系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器，都可以用。因此，揚(yáng)聲器的選擇要等到最后全部系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，實(shí)地選擇播放效果較好的揚(yáng)聲器。 另外，由于 CPLD 內(nèi)部輸出的信號(hào)比較弱，因此為了能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器導(dǎo)致發(fā)聲，必須在揚(yáng)聲器前借一個(gè)音頻功率放大電路，同樣，在該電路中接入可滑動(dòng)變阻器，這樣在后期的調(diào)試中，可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變放大器的放大倍數(shù)，從而調(diào)試出放大出來音色最好的倍數(shù)。 廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 EDA 課程設(shè)計(jì) MIDI音樂播放器芯片設(shè)計(jì) 工作原理 MIDI 音樂是 Windows 下的一種合成音樂， 由于
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