【正文】 頻模塊根據(jù)分頻預(yù)置數(shù)輸出各個音符所對應(yīng)的頻率。根據(jù)頂層原理圖，共分為music模塊、地址發(fā)生器模塊、分頻預(yù)置數(shù)模塊、十六進制模塊、數(shù)控分頻模塊這五個模塊。曲子也就流暢的播放出來了。當(dāng)一個4Hz的時鐘來時，相應(yīng)地就從LPMROM中輸出一個音符數(shù)據(jù)。計數(shù)時鐘信號作為輸出音符快慢的控制信號，時鐘快時輸出節(jié)拍速度就快，演奏的速度也就快，時鐘慢時輸出節(jié)拍的速度就慢，演奏的速度自然降低。表21表1中各音符的分頻系數(shù)就是從750KHz的基準(zhǔn)頻率二分頻得到的375KHz頻率基礎(chǔ)上計算得到的。對基準(zhǔn)頻率分頻后的輸出信號是一些脈寬極窄的尖脈沖信號（占空比=1/分頻系數(shù)）。本文中選取750KHz的基準(zhǔn)頻率。若基準(zhǔn)頻率過高，雖然可以減少頻率的相對誤差，但分頻結(jié)構(gòu)將變大。由于各個音符的頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，故必須將計算機得到的分頻系數(shù)四舍五入取整。而要準(zhǔn)確地演奏出一首樂曲，僅僅讓揚聲器能夠發(fā)生是不夠的，還必須準(zhǔn)確地控制樂曲的節(jié)奏，即樂曲中每個音符的發(fā)生頻率及其持續(xù)時間是樂曲能夠連續(xù)演奏的兩個關(guān)鍵因素。樂曲中的每一音符對應(yīng)著一個確定的頻率，要想FPGA發(fā)出不同音符的音調(diào)，實際上只要控制它輸出相應(yīng)音符的頻率即可。第二章 設(shè)計實現(xiàn)先介紹一下硬件電路的發(fā)聲原理。我們知道，與利用單片機來實現(xiàn)樂曲演奏相比，以純硬件完成樂曲演奏電路的邏輯要復(fù)雜得多，如果不借助于功能強大的EDA工具與硬件描述語言，僅憑傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯技術(shù)，即使最簡單的演奏電路也難以實現(xiàn)。它能完成從代碼輸入到編譯到仿真再到物理實現(xiàn)的全部設(shè)計流程。這些平臺中使用的綜合工具和仿真工具通常由專業(yè)的EDA廠商提供。目前有多種EDA工具支持采用VHDL進行電路綜合、仿真以及實現(xiàn)。關(guān)于VHDL最后要說明的是：與常規(guī)的順序執(zhí)行的計算機程序不同，VHDL從根本上講是并發(fā)執(zhí)行的。VHDL被廣泛使用的基本原因在于它是一種標(biāo)準(zhǔn)語言，是與工具和工藝無關(guān)的，從而可以方便地進行移植和重用。使用VHDL語言描述的電路，可以進行綜合和仿真?？偠灾?，EDA技術(shù)的出現(xiàn)，給電子信息產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的變革。(5)為帶有嵌入式IP核的ASIC設(shè)計提供軟、硬件協(xié)同設(shè)計工具。(3)采用平面規(guī)劃技術(shù)對邏輯綜合和物理版圖設(shè)計聯(lián)合管理，做到在邏輯設(shè)計綜合早期階段就考慮到物理設(shè)計信息的影響。EDA技術(shù)主要有以下特征：(1)高層綜合的理論和方法取得進展，從而將EDA設(shè)計層次由RT級提高到了系統(tǒng)級，并推出了相應(yīng)的系統(tǒng)級綜合優(yōu)化工具，大大縮短了復(fù)雜ASIC的設(shè)計周期。EDA技術(shù)即電子設(shè)計自動化技術(shù)，它是以可編程邏輯器件(PLD)為載體，以硬件描述語言(HDL)為主要的描述方式，以EDA軟件為主要的開發(fā)軟件的電子設(shè)計過程。EDA技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：20世紀(jì)70年代的CAD（計算機輔助設(shè)計）階段、20世紀(jì)80年代的CAE（計算機輔助工程）階段、20世紀(jì)90年代后的EDA（電子設(shè)計自動化）階段。這樣的設(shè)計沒有靈活性可言，搭成的系統(tǒng)需要的芯片種類多且數(shù)目大，而且對于電路圖的設(shè)計和電路板的設(shè)計都需要很大的工作量，工作難度也很高?，F(xiàn)如今掌握EDA技術(shù)是電子信息類專業(yè)的學(xué)生、工程技術(shù)人員所必備的基本能力和技能。由于板子是自己手動在萬用板上焊接的所以只焊接了必要的外設(shè)如蜂鳴器和LED。本次設(shè)計在自己手動焊接簡易的PFGA板子上實現(xiàn)，并且在QusrtusII ，利用數(shù)控分頻原理設(shè)計音樂硬件演奏電路，并制定LPMROM存儲音樂數(shù)據(jù)，以“梁祝”樂曲為例，將音樂數(shù)據(jù)存儲到LPMROM，就達到了已純硬件的手段來實現(xiàn)樂曲演奏的效果，只要修改LPMROM所存儲的音樂數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為其他的音樂數(shù)據(jù)，再重新制定LPMROM，在連接到程序中就可以實現(xiàn)其他與取得演奏。摘要根據(jù)國家發(fā)改委與專業(yè)教學(xué)委員會對教育機構(gòu)的要求，為培養(yǎng)適應(yīng)我國21世紀(jì)國民經(jīng)濟發(fā)展的電子設(shè)計人才；同時基于國家教委面向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)兩項教學(xué)改革研究成果。要求高等本科在校學(xué)生能夠自己動手完成簡單的數(shù)字器件設(shè)計。本次設(shè)計采用的FPGA主芯片位ALTERA公司的FLEX系列的EPF10K10LC844。關(guān)鍵詞FPGA；音樂播放器；QuartusII；VHDL；目錄摘要 I第一章 前言 2 2 關(guān)于VHDL 2 關(guān)于EDA工具 3 有關(guān)本次課程設(shè)計 3第二章 設(shè)計實現(xiàn) 4 4 4 5 5 5 5 5 music模塊 6 8 8 9 9 9 10 11 11 11 12 12 波形仿真 13 分頻模塊 13 15結(jié)論 17參考文獻 18第一章 前言隨著科學(xué)技術(shù)的進步，電子器件和電子系統(tǒng)設(shè)計方法日新月異，電子設(shè)計自動化（Electronics Design Automation，EDA）技術(shù)正是適應(yīng)了現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的要求，吸收了多學(xué)科最新成果而形成的一門新技術(shù)。傳統(tǒng)電子電路的設(shè)計，首先要對系統(tǒng)進行分析，然后按功能對系統(tǒng)進行劃分，接下來就要選擇特定芯片，焊接成PCB電路板，最后對成品PCB電路板進行調(diào)試。然而，隨著可編程器件和EDA技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)計的劣勢被克服，采用可編程邏輯器件基于芯片的設(shè)計方法，期間的內(nèi)部邏輯和引腳可以由設(shè)計者自行決定，大大提高了設(shè)計的靈活性，提高了工作效率；同時，將系統(tǒng)集成在一個芯片上的設(shè)計，使系統(tǒng)具有體積小、功耗低、可靠性高等特點。以下主要介紹第三個階段。它主要采用“自頂向下”的設(shè)計方法，設(shè)計流程主要包括：設(shè)計輸入、綜合、仿真、適配、下載。(2)采用硬件描述語言來描述10萬門以上的設(shè)計，并形成了VHDL和VerilogHDL兩種標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。(4)可測性綜合設(shè)計。(6)建立并行設(shè)計工具框架結(jié)構(gòu)的集成化設(shè)計環(huán)境，以適應(yīng)當(dāng)今ASIC規(guī)模大而復(fù)雜、數(shù)字與模擬電路并存、硬件與軟件設(shè)計并存、產(chǎn)品上市速度快等特點。VHDL是一種硬件描述語言，它可以對電子電路和系統(tǒng)的行為進行描述，基于這種描述，結(jié)合相關(guān)的軟件工具，可以得到所期望的實際電路與系統(tǒng)。然而，值得注意的是，盡管所有VHDL代碼都是可仿真的，但并不是所有代碼都能綜合。VHDL兩個最直接的應(yīng)用領(lǐng)域是可編程邏輯器件(PLD)和專用集成電路(ASIC)，其中可編程邏輯器件包括復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。在VHDL中，只有在進程(PROCESS)、函數(shù)(FUNCTION)和過程(PROCEDURE)內(nèi)部的語句才是順序執(zhí)行的。比較常見的是Altera公司的QuartusⅡ開發(fā)平臺和Xilinx公司的ISE開發(fā)平臺。本次設(shè)計中所使用的平臺正是QuartusⅡ，它是Altera公司提供的一套集成了編譯、布局布線和仿真工具在內(nèi)的綜合開發(fā)環(huán)境。本次課程設(shè)計要求使用EDA工具，設(shè)計實現(xiàn)簡易音樂演奏器，理解音名與頻率的關(guān)系及數(shù)控分頻原理，經(jīng)過對整體進行模塊化分析、編程、綜合、仿真及最終下載，完整實現(xiàn)簡易音樂器的播放功能。在后面的章節(jié)中會詳細介紹利用EDA技術(shù)實現(xiàn)簡易音樂演奏器的過程。聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制FPGA某個引腳輸出一定頻率的矩形波，接上揚聲器就能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。樂曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂曲的樂譜依次輸出這些音符所對應(yīng)的頻，就可以在揚聲器上連續(xù)地發(fā)出各個音符的音調(diào)。多個不同頻率的信號可通過對某個基準(zhǔn)頻率進行分頻器獲得。若基準(zhǔn)頻率過低，則分頻系數(shù)過小，四舍五入取整后的誤差較大。實際上應(yīng)該綜合考慮這兩個方面的因素，在盡量減少誤差的前提下，選