【正文】 LED控制端口等。該P(yáng)1200便攜式手持機(jī)已于2008年5月1日正式在杭州公交自行車項(xiàng)目中使用， 同年8月也已應(yīng)用于北京奧運(yùn)的身份識(shí)別、物流領(lǐng)域以及公交等小額消費(fèi)領(lǐng)域[5]。另外，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。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖，汽車和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。 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(yǔ)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，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)?？傮w設(shè)計(jì)概述MAX II 系列CPLDMAX 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。,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芯片。該芯片共有100個(gè)管腳，內(nèi)部240個(gè)邏輯單元，為該芯片的封裝圖及管腳功能[8]?？傮w設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)框圖與設(shè)計(jì)思路，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(yǔ)言來完成，其他部分通過外圍電路實(shí)現(xiàn)。 CPLD設(shè)計(jì)思路在購(gòu)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)。 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，由于它通過記譜的方式來記錄一段音樂，因此與wave音樂相比，它可以極大地減少存儲(chǔ)容量。MIDI音樂的基本原理為：組成樂曲的每一個(gè)音符的頻率值及其持續(xù)的時(shí)間是樂曲能連續(xù)演奏的兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，因此只要控制輸出到揚(yáng)聲器的激勵(lì)信號(hào)頻率的高低和每一個(gè)頻率信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，就可以使揚(yáng)聲器發(fā)生連續(xù)的樂曲。如圖所示，為CPLD內(nèi)部芯片設(shè)計(jì)原理圖。模塊設(shè)計(jì) 音樂編碼器模塊設(shè)計(jì)此模塊包括節(jié)拍控制電路和音符產(chǎn)生電路。節(jié)拍控制電路以樂曲中最短音符的節(jié)拍為基準(zhǔn)，產(chǎn)生樂曲所需要的全部節(jié)拍。在大部分音樂中，多以1/4為一拍，一拍則為一秒，同時(shí)在樂譜中，一般最短的音符多為1/16音符，因此為了達(dá)到四首歌曲的統(tǒng)一，我們將1/16音符設(shè)置為計(jì)數(shù)器的一個(gè)計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)的1/4音符則是四個(gè)計(jì)數(shù)。為了節(jié)省內(nèi)部資源，我們只演奏高潮部分。這樣的話，比如說《濤聲依舊》為4/4拍的音樂，即一個(gè)小節(jié)有4拍，而高潮部分共有8個(gè)小節(jié)，所以在計(jì)數(shù)器的范圍上我們?cè)O(shè)定為0~127，即128位的計(jì)數(shù)器即可。另外，在設(shè)計(jì)中為了讓歌曲循環(huán)播放，計(jì)數(shù)器設(shè)定計(jì)滿自動(dòng)清零計(jì)數(shù)的功能，這樣，只要不斷電，不關(guān)開關(guān)，歌曲就可以自動(dòng)循環(huán)播放了。音符產(chǎn)生電路采用查找表形式[12]。在節(jié)拍控制產(chǎn)生電路的接拍信號(hào)作用下，按樂曲中音符持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短輸出相應(yīng)音符名稱。具體歌曲的音符，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)查找后，將對(duì)應(yīng)音符儲(chǔ)存在內(nèi)部即可。音調(diào)發(fā)生模塊設(shè)計(jì)此模塊包括預(yù)置數(shù)產(chǎn)生電路和頻率發(fā)生器。預(yù)置數(shù)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)采用查找表形式，按照音符的頻率要求產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)置數(shù)[13]。根據(jù)可變模值計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)原理及音符的分頻系數(shù)，可計(jì)算出樂曲中各音符的預(yù)置數(shù)。 音符的分頻數(shù)和預(yù)置數(shù)音名分頻系數(shù)初始值低音551023089低音645453646低音740504141中音138224369中音234054786中音330345157中音428635328中音525515640中音622735918中音720256166高音119116280