FPGA课程设计（最终版）要点

武汉理工大学FPGA应用课程设计

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 电子琴的设计 课程设计目的：

《FPGA原理与应用》课程设计的目的是为了让学生熟悉基于VHDL语言进行FPGA开发的全流程，并且利用FPGA设计进行专业课程理论知识的再现，让学生体会EDA技术的强大功能，为今后使用FPGA进行电子设计奠定基础。

课程设计内容和要求

设计内容：

（1）设计一个八音电子琴。

（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。

（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。

要求每个学生单独完成课程设计内容，并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果，给出程序清单，最后通过课程设计答辩。

时间安排：

所需时序号 1 2 3 4 阶段内容 间 方案设计 软件设计 系统调试 答辩 合 计 1天 2天 1天 1天 5天 指导教师签名： 年 月 日

I

武汉理工大学FPGA应用课程设计

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

II

武汉理工大学FPGA应用课程设计

目 录

摘 要........................................................... 1 Abstract........................................................ 2 1设计意义和要求 ................................................ 3

1.1设计意义 ................................................ 3 1.2功能要求 ................................................ 3 2方案论证及原理分析 ............................................ 4

2.1实现方案比较 ............................................ 4 2.2乐曲实现原理 ............................................ 4 2.3系统组成及工作原理 ...................................... 6 3系统模块设计 .................................................. 8

3.1顶层模块的设计 .......................................... 8 3.2乐曲自动演奏模块的设计 .................................. 8 3.3音阶发生器模块的设计 .................................... 9 3.4数控分频器模块的设计 .................................... 9 4程序设计 ..................................................... 11

4.1VHDL设计语言和ISE环境简介 ............................. 11 4.2顶层模块的程序设计 ..................................... 12 4.3乐曲自动演奏模块的程序设计 ............................. 13 4.4音阶发生器模块的程序设计 ............................... 13 4.5数控分频模块的程序设计 ................................. 14 5设计的仿真与实现 ............................................. 15

5.1乐曲自动演奏模块仿真 ................................... 15 5.2音调发生模块仿真 ....................................... 18 5.3数控分频模块仿真 ....................................... 19 5.4电子琴系统的仿真 ....................................... 20 5.5设计的实现 ............................................. 22 5.6查看RTL视图 ........................................... 23 5.7查看综合报告 ........................................... 25 6心得体会 ..................................................... 31 7参考文献 ..................................................... 32 8附录 ......................................................... 33

III

武汉理工大学FPGA应用课程设计

摘 要

随着基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制用计算机等领域的重要性日益突出。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

此次设计主要是基于VHDL文本输入法设计乐曲演奏电路，运用VHDL语言对简易电子琴的各个模块进行设计，并使用EDA工具对各模块进行仿真验证。该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，通过按键输入来控制音响或者自动演奏已存入的歌曲。系统由乐曲自动演奏模块、音调发生模块和数控分频模块三个部分组成。选择手动弹奏模式按键时，按下音符键后就会选通相应的频率输出；选择自动演奏模式按键时，储存器会将编写好的音符信息依次取出，去选通各个对应的频率输出，实现自动演奏。系统实现是用硬件描述语言VHDL按模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、电路功能验证，奏出美妙的乐曲（当然由于条件限制，暂不进行功能验证，只进行编程和时序仿真）。

关键词：EDA，VHDL，电子琴，自动演奏

1