FPGA课程设计 - 图文

武汉理工大学《FPGA原理及应用课程设计》报告书

4.仿真与调试

仿真用的是的波形仿真工具，通过分析波形来验证设计的逻辑是否正确，这种方式快捷、直观。是仿真的基本方法。

1.顶层模块仿真图

图12 顶层模块仿真图

2.音阶发生器仿真图

图13 音阶发生器仿真图

3.数控分频模块仿真图

图14 数控分频模块仿真图

4.自动演奏模块仿真图

图15 自动演奏模块仿真图

从图分析可知，仿真结果与设计预想一致。逻辑没有错误，是正确的。

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本设计在FPGA实验板上验证通过，功能均得到实现，效果良好。设计是成功的。实验板搭载的FPGA芯片是EP2C8Q208C8，带有蜂鸣器，按键，LED灯，数码管，串口，视频编码解码模块，VGA接口，SD卡接口，SDRAM内存芯片，EEPROM等丰富的资源。对初级学习应用来说足够了，还可以跑Nios II，完成高级功能应用。

该电子琴设计只用到FPGA芯片，按键，蜂鸣器等资源。由于板载的按键只有5个，所以在进行管脚分配时，只分配了8音中的4个音，还有一个键是控制自动播放的。按一下，播放编制好的《梁祝》，长按是暂停。BUTTON1到BUTTON4分别是中音1到中音4。实验板如图16所示。

图16 FPGA实验板

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5.心得与体会

通过对测试结果的分析,我们发现采用FPGA所设计的电子琴系统设计趋于简单、开发时间短；外围器件少，体积小,抗干扰能力强,可靠性高；系统维护起来更方便、快捷.尤其对于设计者来说,不需要考虑太多的硬件设计,只需要有自己的设计思路,编程实现再用烧到FPGA器件中进行测试就可以了。电子琴作为一种乐器,成本不是很高,因此有一定的生产价值。

在这次FPGA课程设计之前，其实做过了单片机关于蜂鸣器方面的实验，上手起来还是很快的。按照要求，写规范，确定实现方案，然后在逐一细化，一步一步按照要求去完成整个设计。本次设计到用QuartusII软件，老师教学用的是ISE软件，由于上学期学EDA课程时教材用的是QuartusII，自己也买了一块FPGA实验板，一开始用的就是QuartusII，所以这次依然用的是QuartusII，用起来习惯。软件只是开发用的工具，掌握其中一种，其他的都大同小异。

硬件软件化应该是今后的发展趋势，ASIC固然有他先天的优势，但是现在的设计对效率、成本、功耗的要求越来越严格。高的时间效率，高的硬件利用效率，低的时间成本、低的经济成本，低能耗，都是推向市场、占领市场的至关要素。通过FPGA这种半定制化的解决方案，设计者可以快速的验证设计的正确性、可行性。借鉴一些软件的开发设计思想和手段来做硬件，将会解决很多以前难以解决的问题。比如硬件升级，漏洞修复。只需轻松更新一下FPGA的程序，硬件上做很少改动、甚至不做改动。这样可维护好，成本低廉。不用像ASIC那样重新设计。

这个课程设计同时培养了我的耐心和毅力，一个小小的错误就会导致结果出不来的情况，而对与错误的检查是需要有足够的耐心，由于这个课程设计也使我积累了一定的经验，相信这些经验在我以后的学习和工作中会有很大的作用。此课程设计也使我了解了VERILOG_HDL设计的方便和灵活性，这的确是我们跨入计算机硬件行业很好的一次锻炼机会。

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6.参考文献

[1] VerilogHDL电路设计指导书. 华为. 2000.04 [2] FPGA设计流程指南. 华为. 2001.08

[3] 可编程逻辑器件原理及应用. 朱明程. 西安电子科技大学出版社. 2004 [4] 数字电路EDA入门. 张亦华. 北京邮电大学出版社. 2003 [5] Xilinx、Altera公司产品手册

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