【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 87[LRM87]。 1993 年 VHDL 重新修訂，形成了新的標(biāo)準(zhǔn)，即 IEEE STD 1076— 1993[LRM93]。從此以后，美國(guó)國(guó)防部實(shí)施新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求電子系 統(tǒng)開發(fā)商的合同文件一律采用 VHDL 文檔。即第一個(gè)官方 VHDL 標(biāo)準(zhǔn)得到推廣、實(shí)施和普及。 它源于美國(guó)政府于 1980 年開始啟動(dòng)的超高速集成電路計(jì)劃 ,VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部 界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。應(yīng)用 VHDL 進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。 VHDL 的應(yīng)用必將成為當(dāng)前以及未來 EDA 解決方案的核心，更是整個(gè)電子邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。 VHDL 語言的特點(diǎn) （ 1） VHDL 具有更強(qiáng)的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 （ 2） VHDL 語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定 了他具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。符合市場(chǎng)需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個(gè)代發(fā)組共同并行工作才能實(shí)現(xiàn)。 皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 13頁(yè) 共 40頁(yè) 第 13 頁(yè) （ 3） VHDL 豐富的仿真語句和庫(kù)函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。 （ 4）對(duì)于用 VHDL 完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用 EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)的把 VHDL 描述設(shè) VHDL 語言上機(jī)操作條件 VHDL 語言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽象能力強(qiáng)，所以用 VHDL 語言作為硬件模型建模很合適。設(shè)計(jì)者的原始 描述是非常簡(jiǎn)練的硬件描述，經(jīng)過 EDA 工具綜合處理，最終生成付諸生產(chǎn)的電路描述或版圖參數(shù)描述的工藝文件。整個(gè)過程通過 EDA 工具自動(dòng)完成，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少了出錯(cuò)機(jī)會(huì)。 VHDL 語言可讀性好。 VHDL 既能被人容易讀懂，又能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，作為技術(shù)人員編寫的源文件，它既是計(jì)算機(jī)程序、技術(shù)文檔和技術(shù)人員硬件信息交流的文件，又是簽約雙方的合同文件。 VHDL 語言中的設(shè)計(jì)實(shí)體（ Design entity）、程序包（ Package）、設(shè)計(jì)庫(kù)（ Library），為設(shè)計(jì)人員重復(fù)利用他人的設(shè)計(jì)提供了 技術(shù)手段。重復(fù)利用他人的 IP 模塊和軟核（ Soft core）是 VHDL 的特色，許多設(shè)計(jì)不必個(gè)個(gè)都從頭再來，而是只要在更高層次上把 IP 模塊利用起來，就能達(dá)到事半功倍的效果。 VHDL 語言可以在多種 EDA 工具設(shè)計(jì)環(huán)境中運(yùn)行。硬件平臺(tái)是工作站或高檔微機(jī)。高檔微機(jī)的配置應(yīng)該具有： 高分彩顯 17 英寸以上，分辨率 1024 768 或更高 硬盤 20GB 以上 內(nèi)存 512MB 以上 CPU Intel 兼容 CPU 光驅(qū) 8 倍速以上 操作系統(tǒng) Windows XP 開發(fā)工具 MAX+plus II 或 Quartus II Candence、 Menter、 ALTERA 等公司的 EDA 工具均支持 VHDL 語言環(huán)境 皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 14頁(yè) 共 40頁(yè) 第 14 頁(yè) VHDL 的設(shè)計(jì)流程 用 VHDL 語言設(shè)計(jì)電路的流程 ： 在用 VHDL 語言來設(shè)計(jì)電路時(shí) ,主要的過程是這樣的 ： （ 1） 使用文本編輯器輸入設(shè)計(jì)源文件。 （ 2） 使用編譯工具編譯源文件。 VHDL 的編譯器有很多， ACTIVE 公司，MODELSIM 公司， SYNPLICITY 公司， SYNOPSYS 公司， VERIBEST 公司等都有自己的編譯器。 （ 3） 功能仿真。對(duì)于某些人而言，仿真這一步似乎 是可有可無的。但是對(duì)于一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)而言，任何設(shè)計(jì)最好都進(jìn)行仿真，以保證設(shè)計(jì)的可靠性。另外，對(duì)于作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)項(xiàng)目而言，仿真文件的提供足可以證明你設(shè)計(jì)的完整性。 （ 4） 綜合。綜合的目的是在于將設(shè)計(jì)的源文件由語言轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電路。這一部 分 的最終目的是生成門電路級(jí)的網(wǎng)表（ Netlist）。 （ 5） 布局、布線。這一步的目的是生成用于燒寫的編程文件。在這一步，將用到第 （ 4） 步生成的網(wǎng)表并根據(jù) CPLD/FPG 廠商的器件容量，結(jié)構(gòu)等進(jìn)行布局、布線。這就好像在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)的布局布線一樣。先將各個(gè)設(shè)計(jì)中的門根據(jù)網(wǎng)表的 內(nèi)容和器件的結(jié)構(gòu)放在器件的特定部位。然后，在根據(jù)網(wǎng)表中提供的各門的連接，把各個(gè)門的輸入輸出連接起來。 （ 6） 后仿真。這一步主要是為了確定你的設(shè)計(jì)在經(jīng)過布局布線之后，是不是還滿足你的設(shè)計(jì)要求。 3 樂理知識(shí) 音頻就是一個(gè)專業(yè)術(shù)語，人們 能夠聽到的所有 的 聲音都 可以 稱之為音頻，它可能包括處理；如果 把它制作成 CD，這時(shí)候所有的聲音 都不會(huì)有 改變 了 ，因?yàn)?CD 本來就是音頻文件的一個(gè)種類 。音頻只是儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的聲音 ， 如果 現(xiàn)在 有 一臺(tái) 計(jì)算機(jī)再加上相應(yīng)的音頻卡 —— 就是我們說的聲卡 ， 這樣一來我們把我們想放的聲音錄制下 了 ，聲音的聲學(xué)特性 像是 音的高低 是 可以用計(jì)算機(jī)硬盤文件的方式 把它們 儲(chǔ)存下來 的 ； 反過來，我們也可以把儲(chǔ)存 在 計(jì)算機(jī)硬盤文件 的音頻文件用一定的音頻程序播放，還原以前錄下的聲音 。 皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 15頁(yè) 共 40頁(yè) 第 15 頁(yè) 音頻 音頻的數(shù)字化處理 隨著計(jì)算機(jī) 科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，特別是海量存儲(chǔ)設(shè)備和大容量?jī)?nèi)存在ＰＣ機(jī)上的 運(yùn)用，對(duì)音頻 進(jìn)行數(shù)字化處理便成為 了 可能 了 。數(shù)字化處理的核心 就 是對(duì)音頻信息的采樣，通過對(duì)采集到的樣本 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 處理 ， 得到所需要的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這是音頻 數(shù)字化處理的基本含義。 音頻 的 處理 不同采樣率、頻率 、通道數(shù)之間的變換和轉(zhuǎn)換。 而變換就是信息的一種格式轉(zhuǎn)化成可利用的格式 ， 轉(zhuǎn)化就離不開采樣了 ， 有時(shí)候還要 根據(jù) 精確度的 需要采用 一些 算法 （如插值） 以補(bǔ)償 轉(zhuǎn)化中的 失真 現(xiàn)象 。 現(xiàn)在有 淡入、淡出、音量調(diào)節(jié)等 方法是針對(duì)音頻數(shù)據(jù)本身進(jìn)行的各種變換的 。 而 高通、低通濾波器 是 通過數(shù)字濾波算法進(jìn)行的變換。 音樂產(chǎn)生原理及硬件設(shè)計(jì)由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生這樣方 波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)晶振為 12MHZ，那么定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期為 1MHZ，假如選擇工作方式 1，那 T值便為 T= 2165﹡ 105/相應(yīng)的頻率 ，那么根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)數(shù)值 。 那么根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，列出不同音符與單片機(jī)計(jì)數(shù) T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如下表所示： 音符 頻率（ HZ） 簡(jiǎn)譜碼（ T 值） 中 1 DO 523 64580 中 2 RE 587 64684 中 3 M 659 64777 中 4 FA 698 64820 皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 16頁(yè) 共 40頁(yè) 第 16 頁(yè) 中 5 SO 784 64898 中 6 LA 880 64968 中 7 SI 988 65030 采用查表程序進(jìn)行查表時(shí)，可以為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，有助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)： TABLE DW 64580， 64684， 64777， 64820， 64898， 64968， 65030 音頻 的三維化處理 長(zhǎng)期以來，計(jì)算機(jī)的研究者們一直低估了聲音對(duì)人類在信息處理中的作用。當(dāng)虛擬技術(shù)不斷發(fā)展之時(shí)，人們就不再滿足單調(diào)平面的聲音，而更催向于具有空間感的 三維聲音效果。聽覺通道可以與視覺通道同時(shí)工作，所以聲音的三維化處理不僅可以表達(dá)出聲音的空間信息，而且與視覺信息的多通道的結(jié)合可以創(chuàng)造出極為逼真的虛擬空間，這在未來的多媒體系統(tǒng)中是極為重要的。這也是在媒體處理方面的重要措施。 人類感知聲源的位置的最基本的理論是雙工理論，這種理論基于兩種因素：兩耳間聲音的到達(dá)時(shí)間差和兩耳間聲音的強(qiáng)度差。時(shí)間差是由于距離的原因造成，當(dāng)聲音從正面?zhèn)鱽恚嚯x相等，所以沒有時(shí)間差，但若偏右三度則到達(dá)右耳的時(shí)間就要比左耳約少三十微秒，而正是這三十微秒，使得我們辨別出了聲源的位置。強(qiáng) 度差是由于信號(hào)的衰減造成，信號(hào)的衰減是因?yàn)榫嚯x而自然產(chǎn)生的，或是因?yàn)槿说念^部遮擋，使聲音衰減，產(chǎn)生了強(qiáng)度的差別，使得靠近聲源一側(cè)的耳朵聽到的聲音強(qiáng)度要大于另一耳。 基于雙工理論，同樣地，只要把一個(gè)普通的雙聲道音頻在兩個(gè)聲道之間進(jìn)行相互混合，便可以使普通雙聲道聲音聽起來具有三維音場(chǎng)的效果。這涉及到以下有關(guān)音場(chǎng)的兩個(gè)概念：音場(chǎng)的寬度和深度。 音場(chǎng)的寬度利用時(shí)間差的原理完成，由于現(xiàn)在是對(duì)普通立體聲音頻進(jìn)行擴(kuò)展，所以音源的位置始終在音場(chǎng)的中間不變，這樣就簡(jiǎn)化了我們的工作。要處理的就只有把兩個(gè)聲道的聲音進(jìn) 行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)和強(qiáng)度減弱后相互混合。由于這樣的擴(kuò)展是有局限性的，即延時(shí)不能太長(zhǎng)，否則就會(huì)變?yōu)榛匾簟? 音場(chǎng)的深度利用強(qiáng)度差的原理完成，具體的表現(xiàn)形式是回聲．音場(chǎng)越皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 17頁(yè) 共 40頁(yè) 第 17 頁(yè) 深，則回音的延時(shí)就越長(zhǎng)．所以在回音的設(shè)置中應(yīng)至少提供三個(gè)參數(shù)：回音的衰減率、回音的深度和回音之間的延時(shí)。同時(shí)，還應(yīng)該提供用于設(shè)置另一通道混進(jìn)來的聲音深度的多少的選項(xiàng)。 音頻是個(gè)專業(yè)術(shù)語，人類能夠聽到的所有聲音都稱之為音頻，它可能包括 噪音 等。聲音被錄制下來以后，無論是說話聲、歌聲、 樂器 都可以通過數(shù)字音樂軟件處理，或是把它制作成 CD，這時(shí)候所有的聲音 沒有改變，因?yàn)?CD 本來就是音頻文件的一種類型。而音頻只是儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的聲音。如果有計(jì)算機(jī)再加上相應(yīng)的音頻卡 —— 就是我們經(jīng)常說的聲卡，我們可以把所有的聲音錄制下來，聲音的聲學(xué)特性如音的高低等都可以用計(jì)算機(jī) 硬盤 文件的方式儲(chǔ)存下來。反過來，我們也可以把儲(chǔ)存下來的音頻文件用一定的音頻程序播放，還原以前錄下的聲音。 節(jié)拍及音符 在音樂中，時(shí)間被分成均等的基本單位，每個(gè)單位叫做一個(gè)“拍子”或 稱一拍。拍子的時(shí)值是以音符的時(shí)值來表示的，一拍的時(shí)值可以是四分音符（即以四分音符為一拍），也可以是二分音符 （以二分音符為一拍）或八分音符（以八分音符為一拍）。拍子的時(shí)值是一個(gè)相對(duì)的時(shí)間概念，比如當(dāng)樂 曲的規(guī)定速度為每分鐘 60 拍時(shí)，每拍占用的時(shí)間是一秒，半拍是二分之一 秒；當(dāng)規(guī)定速度為每分鐘 120 拍時(shí)，每拍的時(shí)間是半秒，半拍就是四分之一 秒，依此類推。拍子的基本時(shí)值確定之后，各種時(shí)值的音符就與拍子聯(lián)系在一起。例如，當(dāng)以四分音符為一拍時(shí)，一個(gè)全音符相當(dāng)于四拍，一個(gè)二分音符相當(dāng)于兩拍， 八分音符相當(dāng)于半拍，十六分音符相當(dāng)于四分之一拍；如果以八分音符做為 一拍，則全音符相當(dāng)于八拍，二分音符是四拍，四分音符是兩拍 ，十六分音 符是半拍。 小節(jié)中強(qiáng)拍和弱拍的循環(huán)稱 2拍子；強(qiáng)拍、弱拍、弱拍循環(huán)的稱 3拍子。表示每小節(jié)中基本單位拍的時(shí)值和數(shù)量的記號(hào)，稱拍號(hào)。拍號(hào)的上方數(shù)字表示每小節(jié)的拍數(shù)，下方數(shù)字表示每拍的時(shí)值。例如， 2/4表示以 4分音符為 1拍，每小節(jié)有 2拍。拍號(hào)中時(shí)值的實(shí)際時(shí)間，應(yīng)視樂曲所標(biāo)速度而定。例如快速度 2/2中的 2分音符就可能比慢速度 4/4中的 4分音符占時(shí)更短，因皖西學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 第 18頁(yè) 共 40頁(yè) 第 18 頁(yè) 此不能視為 3/4比 3/2快， 3/8比 3/4更快。 每小節(jié)只有一個(gè)強(qiáng)拍的叫做單拍子，如 2/ 2/8是單 2拍子， 3/ 3/8是單 3拍子。每小節(jié)有 一個(gè)強(qiáng)拍并有次強(qiáng)拍的叫做復(fù)拍子 ,因?yàn)樗杀豢醋魇菃闻淖拥慕M合 ,如 4/ 6/8是復(fù) 2拍子， 9/ 9/16是復(fù) 3拍子。還有另一種劃分單、復(fù)拍子的方法 ,即 :每拍是單音符 (如□或□ )的叫做單拍子。每拍是附點(diǎn)音符（如□ .或□ .）的叫做復(fù)拍子。根據(jù)這種拍子劃分法， 4/4/ 4/8等是單 4拍子， 12/ 12/ 12/16等是復(fù) 4拍子。單位拍時(shí)值相同而拍數(shù)不同的單拍子組合在一小節(jié)內(nèi) ,叫做混合拍子。常見的有： 5拍子（如5/4是由 2/4＋ 3/4或 3/4＋ 2/4組合而