基于FPGA的乐曲硬件演奏系统设计与实现

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伴随着半导体制造工艺的不断变更,NRE不断增加,数量要求少而品种要求多的现实情况下,FPGA拥有很强的灵活性,而且FPGA集成度的越来越高,但价格却降低,EDA设计工具更新换代,功能日益普及和流行,使用这种设计方案的应用越来越多。现在的数字逻辑设计者面临日益减少的上市时间的压力,不得不进行上万门的设计,同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结构的独特性。使用现今的EDA软件工具来应付这些问题,并不是一件容易的事情。FPGA预装了很多已构造好的参数化库单元LPM器件。通过引入支持LPM的EDA软件工具,设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。分析乐曲演奏设计中音符、频率、节拍、显示与编码的相互关系,并在EDA开发工具QuartusⅡ平台上,采用VHDL语言层次化和模块化的设计方法,通过音符编码的设计思想,实现了基于FPGA片上系统(SoC)动态显示乐曲演奏器的设计,使乐曲演奏数字电路设计得到了更好的优化,同时减少了设计芯片的数量、缩小了体积、降低了功耗、提高了设计的灵活性、可靠性和可扩展性。本设计是基于FPGA的设计与实现,在EDA开发平台QUARTUSⅡ6.0上,基于FPGA进行设计的音乐硬件演奏电路,利用数控分频技术,通过制作一个能够储存乐符数据的逻辑宏模块存储器(LPM-ROM)中,最终实现音乐硬件演奏。本文实现的是“梁祝”这首曲子,如果需要更换乐曲的话,只要重新制作LPM-ROM,将其中所存储的音乐数据进行更换,便可播放任意乐曲。设计研究的主要内容包括:(1)阐明了项目的基本原理及背景;(2)介绍了项目设计所要用到相关软件、平台及设计方法;(3)确定了项目的设计方案;(4)单元模块的具体设计;(5)总体程序的设计。设计采用Altera公司的Cyclone系列中的EPIC12Q240C8芯片,本系统设计根据顶层原理图,共分为存储模块、时钟分频模块、地址发生器模块、数控分频模块、分频预置数模块、乐曲播放模块这几个模块。
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