【正文】 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高音217036488高音315176674高音414326759高音512756816休止符008191音符一般選擇16個音，因為它的應(yīng)用最廣泛。計數(shù)器計滿時計數(shù)初值可下面的式子得出：計數(shù)初值=8191分頻系數(shù) 需要低音時將初值設(shè)小一些，相應(yīng)的分頻系數(shù)大時，溢出的周期時間長，這樣就可以是揚(yáng)聲器發(fā)出低音，音樂的樂譜變化使初值設(shè)定變化非常大，數(shù)控分頻可實現(xiàn)自動控制分頻比，音調(diào)初值和發(fā)音信號的頻率成正比的關(guān)系。聲音是由溢出信號發(fā)出的，而頻率信號也就是計數(shù)器的溢出信號，溢出信號時計數(shù)器計滿時產(chǎn)生的。具體歌曲的音符，僅僅需要通過互聯(lián)網(wǎng)查找后，將相應(yīng)的音符儲存在內(nèi)部即可。查找表形式的形式使用音符產(chǎn)生電路。另外，為了在設(shè)計中實現(xiàn)歌曲的循環(huán)播放，當(dāng)計數(shù)器設(shè)定計滿時，計數(shù)器自動清零。為了充分利用芯片的內(nèi)部資源，一首歌曲只演奏高潮部分。節(jié)拍控制電路可以產(chǎn)生樂曲所需要的全部節(jié)拍其中以樂曲中最短音符的節(jié)拍為基準(zhǔn)。如下圖3—1所示，是CPLD芯片的設(shè)計原理框圖。MIDI音樂采用對樂器所奏出來的聲音進(jìn)行記錄的數(shù)字方式，這樣，再通過FM或波表合成將這樣記錄播放出來：通過多個頻率的聲音混合模擬樂曲就是FM合成；波表的合成就是將樂器的聲音的采樣存放在聲卡波形表當(dāng)中，聲音播放時從波形表中取出。3：揚(yáng)聲器是需要達(dá)到一定的功率才能發(fā)聲，然而 CPLD內(nèi)部輸出的信號比較弱還不能夠驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，一個音頻功率放大電路必須在揚(yáng)聲器前接好，在音頻功率放大電路中接入可滑動變阻器，調(diào)節(jié)就可以改變放大器的放大倍數(shù)。 外圍電路設(shè)計思路1：在外部單獨接入一個時鐘信號基準(zhǔn)時鐘是為了節(jié)約CPLD內(nèi)部資源， 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路，和7474D類觸發(fā)器就能夠?qū)崿F(xiàn)彩燈閃爍時鐘，四位二進(jìn)制數(shù)組的四門撥碼開關(guān)，每一位對應(yīng)一首歌曲，通過四位開關(guān)控制哪首歌曲的播放。因此我們選擇了內(nèi)部邏輯單元數(shù)有240個EPM240型芯片，只要對程序一些合理的優(yōu)化處理，就可以隨心所欲的設(shè)計。外圍模塊主要包括555和7474時鐘電路、LM358音頻放大電路。彩燈閃爍控制器部分，音符所對應(yīng)的彩燈亮滅狀態(tài)是根據(jù)編碼將當(dāng)前要播放的信號送到哪一個彩燈決定的。它的工作基本原理是先將四首歌曲的編碼儲存在音樂編碼器內(nèi)，當(dāng)前需要播放哪首音樂時，我們可以通過改變音樂選擇開關(guān)狀態(tài)來選擇。這主要是由外圍電路模塊和CPLD芯片模塊兩個模塊構(gòu)成的。ALTERA公司MAX II系列的EPM240T100C芯片做為本次設(shè)計的核心芯片，該芯片內(nèi)部240個邏輯單元，一共有100個管腳，是EPM240T100C芯片的管腳功能和封裝圖。2總體設(shè)計概述 MAX II 系列CPLDMAX II器件系列采取了一種突破性的最新型CPLD架構(gòu)，是一種即用性、非易失性可編程邏輯系列。焊接好外圍電路，外圍電路由穩(wěn)壓電源供電，由示波器測試時鐘電路輸出頻率，調(diào)試電路使其達(dá)到所需要求。采用EPM240最小系統(tǒng)設(shè)計，因此基準(zhǔn)時鐘所在內(nèi)的全部芯片外的東西，都需要外部接入來實現(xiàn)，所以我們需要了解芯片的結(jié)構(gòu)。 編程模塊的設(shè)計本次設(shè)計利用使用Quartus II軟件和Altera公司的CPLD芯片來進(jìn)行設(shè)計，編寫設(shè)計程序用的是VHDL語言。中國華大集成電路設(shè)計中心也能夠提供IC設(shè)計軟件。美國在 EDA軟件開發(fā)方面，仍然占領(lǐng)著集中的地位。我國目前積極開展計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助工程、計算機(jī)輔助工藝且要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，、計算機(jī)輔助制造、制造資源計劃。 中國EDA市場越來越成熟,目前國內(nèi)EDA技術(shù)來看，它是朝著是普及性使用、多樣化工具、廣泛的應(yīng)用、強(qiáng)大的軟件功能方向發(fā)展的。“日本MIDI標(biāo)準(zhǔn)委員會”與“MIDI廠商協(xié)會”等一些組織相繼成立，就是為了能夠確保MIDI標(biāo)準(zhǔn)從成長階段走向了成熟階段。 之前所說音樂設(shè)備數(shù)字接口是的狹義MIDI范圍，MIDI音樂稱為整個電腦音樂的統(tǒng)稱，就是在廣義上的定義。很多人這種接口技術(shù)作為一種電腦音樂符號。研究計算機(jī)方面的人把MIDI理解成一種局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的通過專用的串行電纜連接來送著每個部分的數(shù)字音樂信息。MIDI 其實就是Musical Instrument Digital Interface 的英文縮寫，即音樂設(shè)備數(shù)字接口。其中提出的“通用合成器接口”方案，最后為“音樂設(shè)備數(shù)字接口”，也就是“Musical Instrument Digital Interface”縮寫為“MIDI”，公布于眾。但是當(dāng)您使用很多家公司的設(shè)備構(gòu)成一個電腦音樂系統(tǒng)的時候，就可能出現(xiàn)音源代碼不能夠通用，就像語言不通一樣而麻煩重重。MIDI其實就是一種數(shù)字接口，計算機(jī)是數(shù)字世界的統(tǒng)治者， MIDI樂器也就主要由計算機(jī)控制，當(dāng)我們將計算機(jī)接到整個音樂系統(tǒng)，決定了確定了它的主要控制地位。⑥CPLD的比FPGA速度要快的多，好具有很好可預(yù)測性。采用E2PROM或FASTFLASH技術(shù)時，CPLD的編程不要外部存儲器芯片，很簡便。④FPGA的集成度比CPLD要高，她的邏輯實現(xiàn)和布線結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。 ③FPGA比CPLD在編程上更具有靈活性。換句話說，F(xiàn)PGA比較適用于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu)而CPLD比較實用于有限觸發(fā)器而乘積項豐富的結(jié)構(gòu)。FPGA和CPLD是有很多共同特點的可編程ASIC器件，但是由于CPLD和FPGA具有各自特點，因為他們在結(jié)構(gòu)上存在一些差異。一般的分類方法為：CPLD是以乘積項結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成的邏輯行為器件，列如Xilinx的XC9500系列、Lattice的ispLSI系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等?？删幊踢壿嫼陠卧泻芏嗵攸c：價格大眾化比較便宜、成本低、開發(fā)的工具比較先進(jìn)、可靈活編程、集成度高、而且對用戶的水平要求不高、不需要測試標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、安全系數(shù)強(qiáng)，對于大規(guī)模電路也可以實現(xiàn)設(shè)計，因此經(jīng)常應(yīng)用于產(chǎn)品原型的設(shè)計和生產(chǎn)。其中可編程邏輯宏單元結(jié)構(gòu)部分要復(fù)雜一些，其結(jié)構(gòu)是由復(fù)雜的I/O單元互連，相應(yīng)的功能可由用戶根據(jù)需求生成特定的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。應(yīng)用程序和主要的功能可以分為電子電路設(shè)計，PCB設(shè)計軟件，仿真工具，PLD設(shè)計工具，IC設(shè)計軟件和其它EDA軟件工具。 EDA軟件應(yīng)用廣泛：PROTEL，ORCAD，PCAD，Viewlogic這些在我國都有應(yīng)用。大規(guī)模集成電路技術(shù)、CPLD / FPGA技術(shù)、集成電路布圖設(shè)計技術(shù)、ASIC測試和封裝技術(shù)等技術(shù)在硬件方面可以和EDA技術(shù)結(jié)合，由計算機(jī)輔助設(shè)計CAD和計算機(jī)輔助試驗CAT還有技術(shù)計算機(jī)CAM跟各種各樣的計算機(jī)語言的設(shè)計概念結(jié)合成為計算機(jī)輔助工程，然而，在現(xiàn)代電子設(shè)備中，數(shù)字信號處理技術(shù)，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)建模和優(yōu)化技術(shù)都是其能夠容納理論。 EDA技術(shù)設(shè)計，是以硬件描述語言來描述作為核心的表達(dá)方式，其設(shè)計工具有大規(guī)模的可編程邏輯器件和計算機(jī)軟件還有實驗開發(fā)系統(tǒng)。MIDI音樂播放器的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1緒論 1 1 1 2 3 4 編程模塊的設(shè)計 4 42總體設(shè)計概述 5 MAX II 系列CPLD 5 總體設(shè)計思路 5 5 編程模塊設(shè)計思路 6 外圍電路設(shè)計思路 63 MIDI音樂播放器芯片設(shè)計 8 工作原理 8 模塊設(shè)計 9 音樂編碼器模塊設(shè)計 9 音調(diào)發(fā)生模塊設(shè)計 9 彩燈閃爍控制模塊的設(shè)計 12 開關(guān)選擇模塊設(shè)計 13 頂層模塊設(shè)計 13 歌曲選擇 134 外圍電路的設(shè)計 14 時鐘電路 14 14 彩燈閃爍節(jié)奏時鐘產(chǎn)生電路 14 音頻功率放大電路 16 音樂選擇開關(guān)與彩燈閃爍控制電路 175 芯片制作及系統(tǒng)調(diào)試 18 VHDL程序下載 18 18 系統(tǒng)調(diào)試 20 彩燈控制時鐘的調(diào)試 20 音頻功率放大的調(diào)試 20結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 23附錄1 總電路圖 24附錄2 系統(tǒng)實物圖 25附錄3 VHDL源代碼 26致謝 4747天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計1 緒論電子科學(xué)技術(shù)在二十世紀(jì)后期快速發(fā)展，其發(fā)展的周期和集成電路和計算機(jī)的快速發(fā)展有著密不可分的關(guān)系，隨之而來的專用集成電路的設(shè)計的發(fā)展難度也在不停的提高和發(fā)展過快的矛盾。新的設(shè)計方法和使用高層次的設(shè)計工具被設(shè)計出，來解決這個矛盾，即EDA(Electronic Design Automation即電子設(shè)計自動化)技術(shù)?？梢允褂米詣訉崿F(xiàn)軟件和一些相關(guān)的軟件的方法來設(shè)計電路，包括可以程序邏輯編譯、化簡、分割、綜合、和優(yōu)化，還可以完成對特定的芯片進(jìn)行編譯、映射和下載的工作，專用的集成芯片由此而成為一門最新的技術(shù)。EDA的主要功能是利用計算機(jī)實現(xiàn)電路設(shè)計自動化，由此基于計算機(jī)環(huán)境EDA工具的支持是必不可少的而且EDA的技術(shù)占領(lǐng)著重要的應(yīng)用地位。功能是非常強(qiáng)大，使用的方法很多是這些軟件的一大特色，可以實現(xiàn)大多數(shù)的電路設(shè)計和仿真軟件和PCB自動布局，還可以輸出網(wǎng)表文件，能夠與其他廠商實現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)共享。編程互連矩陣單元CPLD構(gòu)成可編程邏輯宏單元。設(shè)計的邏輯電路由此具有時間可預(yù)測性可以避開分段式互連結(jié)構(gòu)時序的不完全預(yù)測缺點，因為CPLD內(nèi)部采用固定長度金屬線實現(xiàn)各邏輯塊的互連的方式。FPGA和CPLD是基于它的工作原理及結(jié)構(gòu)特點來進(jìn)行識別和分類的。 FPGA是以查表法結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成的邏輯行為器件，如Xilinx的、Altera的FLEX10K SPARTAN系列或ACEX1K系列等。 ①CPLD適合完成各種組合邏輯算法而FPGA適合于實現(xiàn)時序邏輯算法。②CPLD的時序延遲是可預(yù)測的和均勻是由它的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定的,而FPGA的不可預(yù)測性和延遲是由分段式布線結(jié)構(gòu)決定的。CPLD編程是通過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來實現(xiàn),FPGA編程大部分是由改變內(nèi)部連線布線來實現(xiàn)；FPGA編程是在邏輯門下，而CPLD編程是在邏輯塊下。 ⑤CPLD比FPGA更方便使用一些。而FPGA的編程信息更為復(fù)雜點，它是存放在外部存儲器上的。這是由于FPGA是門級編程，他們之間采用分布式互聯(lián)； CPLD是邏輯塊級編程，且其邏輯塊之間互聯(lián)是集總式的而決定的。 電腦音樂帶來了一個真正的繁榮時期，同時也帶來了一個比較麻煩的事情，那就是各種電子樂器之間沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的模式：因為生產(chǎn)廠家都按照自己的規(guī)格生產(chǎn)電子樂器，廠家內(nèi)部生產(chǎn)的產(chǎn)品當(dāng)然沒有什么問題。1982年，國際樂器制造者協(xié)會在一起討論就是為了解決電子樂器的通訊統(tǒng)一的問題。在此之后，所有的商業(yè)用電子樂器不再有“語言障礙”，統(tǒng)一了樂器的后面都有五孔的MIDI插座。 這種接口技術(shù)的功能就是好比一種國際語言一樣，實現(xiàn)電子樂器與之間的通訊和交流，這種國際語言其實也就是這個通用協(xié)議，被我們稱為MIDI協(xié)議。 這一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定出后，在早起只是在專業(yè)電腦音樂圈發(fā)揮作用，但是近幾年電子技術(shù)的發(fā)展，尤其多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，MIDI被媒體炒得火熱，幾乎達(dá)到了人人都知道的地步。我們將MIDI劃分為兩種概念，一個為 “狹義的MIDI”，一個為“廣義的MIDI”?！禡IDI 》在1985年的出版又重新定義了一些控制器號碼。 MIDI標(biāo)準(zhǔn)的成熟之后，現(xiàn)在的電子樂器生產(chǎn)廠商們挖空心思的生產(chǎn)出各種電子樂器，樂器樣式特別多，有合成的鍵盤式的、像鼓機(jī)一樣敲擊式的、還有弦控式的MIDI吉他，甚至還有呼吸控制器。信息通信這一塊，像高速寬帶信息網(wǎng)、計算機(jī)及軟件技術(shù)、信息管理、新型元器件、第三代移動通信技術(shù)、信息安全技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、積極開展以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品要優(yōu)先發(fā)展。 1995年以來我國加速半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的開發(fā)，為應(yīng)對對亞太地區(qū)其它EDA等市場的競爭而建立了各種設(shè)計中心。韓國、日本都有他們自己的ASIC設(shè)計工具，卻不對外開放。相信將來不久會有更多更好的設(shè)計工具在各地開花結(jié)果。芯片的存儲空間有限，為能節(jié)省芯片內(nèi)部資源，所以我們選擇一些歌曲音律范圍不是很廣，節(jié)拍清晰，節(jié)奏緩慢。外圍電路的設(shè)計主要是靠下面的四部分構(gòu)成：4. 開關(guān)及彩燈通過仿真軟件調(diào)試確定電路中電容電阻值，然后依照電路圖焊接電路。等到程序仿真成功實現(xiàn)后再與外圍電路相連，最后調(diào)試外圍電路使得功能得到整體實現(xiàn)。最多能達(dá)272個用戶I/O管腳，芯片的密度范圍可以從240到2210個邏輯單元。圖21 EPM240T100C管腳封裝圖及管腳功能說明 總體設(shè)計思路下圖22，是本次設(shè)計的音樂播放器的原理框圖。整個模塊由音調(diào)發(fā)生器、彩燈閃爍控制器和音樂編碼器三個模塊組成。音調(diào)發(fā)生器的音符的聲音先是根據(jù)編碼對應(yīng)的分頻系數(shù)將基準(zhǔn)時鐘分頻，得到了對應(yīng)頻率的脈沖，揚(yáng)聲器被對應(yīng)脈沖去激勵時，就發(fā)出所想要得到的聲音了。音調(diào)發(fā)生器和彩燈閃爍控制器是由音樂編碼器控制的著，當(dāng)音樂節(jié)奏時鐘的一個時鐘脈沖送到音樂編碼器時，音樂編碼器都要當(dāng)前