论文总字数：22040字

摘 要

随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，它的使用范围不断的变大，应用领域也越来越广。EDA技术逐渐开始应用于电子信息工程、通信技术、自动化控制领域及计算机应用等各类领域。本设计是基于基于FPGA的乐曲发生器电路设计，采用VHDL语言设计乐曲发生电路系统，乐曲数据存储在ROM中，并在软件开发工具QuartusII9.0下，论文详细阐述了乐曲发生电路的工作原理。本次设计通过使用EDA开发平台QUARTUS II ，使用VHDL语言编程来完成实现了数控分频器电路，从而利用数控分频原理与ROM相连接以及数控分频器与矩阵键盘想连接设计了音乐自动硬件播放和手动弹奏的电路。音频数据文件储存在硬件ROM中，通过数控分频电路来实现分频控制，就达到了乐曲的播放效果。此后，只需要变更ROM中所存放的音乐数据文件，重新定制ROM，再连接到程序当中，就可以播放新的目标的乐曲。在功能切换后，可通过矩阵键盘来控制所发声音，通过按键弹奏想听的乐曲。

关键词： FPGA；ROM；音乐硬件演奏电路；VHDL语言设计；QUARTUS II

Abstract

Along with the electronic design automation (EDA) technology continues to develop, its applications are constantly expanding and deepening. In application of electronic information, communication, automatic control and computer application field of all kinds of continuous EDA technology. This design is based on the music generator circuit design based on FPGA, using VHDL language to design the music, music data stored in ROM, and the software development tools under QuartusII9.0, this paper describes the working principle of the music circuit. The design of the NC divider circuit in EDA development platform QUARTUS II 9 on the use of VHDL language, the hardware circuit design and playing music playback using the principle of matrix keyboard and NC divider. The audio data file storage in ROM hardware, through CNC divider circuit to realize frequency control, it will meet the music playback. Thereafter, only need to change the music data files stored in ROM, the new custom ROM, and then connect to the program, you can play a new song. In the function switch, through the matrix keyboard to control the sound, through the play button to hear music.

Keywords:FPGA; VHDL; LMP-ROM; Music hardware circuit；QUARTUSII

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 系统研究的背景和意义 1

1.2 本文工作与论文结构 1

1.2.1 本文工作 1

1.2.2 论文结构 2

1.3 本章小结 2

第二章 系统总体设计 3

2.1 本设计简介 3

2.2 设计任务与要求 3

2.3 电路总体设计方案 3

2.3.1 存储器 3

2.3.2 主控模块 3

2.3.3 键盘按键 4

1.3 本章小结 4

第三章 基于FPGA的VHDL工程设计流程 5

3.1 VHDL语言概述 5

3.2 FPGA硬件所具备的基本特点 5

3.3 Quartus II概述 6

3.4 FPGA工程设计流程 7

3.5 EP3C25F324C8芯开发板信息 7

第四章 乐曲演奏电路的设计与实现 9

4.1 各模块电路的功能与实现 9

4.1.1 时钟分频模块设计 9

4.1.2 功能切换模块 9

4.1.3 矩阵键盘模块 10

4.1.4 储存模块 10

4.1.5 播放模块设计 11

4.3 本章小结 12

第五章 系统调试、仿真、下载、测试 14

5.2 设计进行编程下载 15

5.4 测试 15

5.5 本章小结 16

第六章 结束语 17

致谢 18

参考文献 19

附录1：4Hz时钟发生器模块程序CLK4Hz 20

附录2 定制的音符数据的ROM模块程序RomMusicData 21

附录3：音符数据ROM地址发生器模块程序NoteTabs 23

附录4：数控分频器模块程序ToneTaba 24

第一章 引言

1.1 系统研究的背景和意义

随着在社会上各个领域中电子信息技术的不断进步与发展，电子信息技术对人们的生活也产生了越来越多的影响，使得人们的生活更加便利。电子产品在人们的生活中需求量越来越大，促进了电子信息技术的发展以及信息产业化社会的进步，也使得新的电子信息技术产品越来越多、越来越快的出现在市场上。为了提高社会的物质文明和文化的发展，更多人们关注的是从原来的衣食住行转变为业余生活、课外活动等问题上来。音乐播放器作为最简单的，也是使用最广泛的播放器。随着科技的发展和社会的进步和人们对播放器的更高要求，导致了传统的音乐播放器不能再能满足人们的各种需求。

基于FPGA的硬件演奏电路是一种用EDA技术实现乐曲演奏功能的装置，具有外围电路少、集成度高、可靠性强等特点^[1]。相比于传统的音乐播放器更加准确、节能，并且拥有更长的使用寿命。现在所使用的基于小规模数字逻辑芯片加计数器设计方案还有以单片机为设计核心的方案，系统实现都相对复杂，存在着像是系统编程不易、误差偏大等各种问题。随着现场可编程门阵列（FPGA）的电子系统的出现，电子系统开始变的越来越集成高、规模大，其发展速度也更为明显。越来越低的成本配合强大的硬件性能，越来越多的人选择了这种新的电子系统，这使它具有了很强的市场竞争力。

音乐发生装置广泛的应用于各个领域，它的实现方法也相当之多，而在这些实现方法中，以纯硬件的方式完成乐曲的播放和演奏是最主要的方式，随着FPGA集成度不断提高，成本也不断的降低，EDA设计工具快速的更新换代，功能开始逐渐强大，所以开始被广泛使用，像是这种方案的类似应用也越来越多。在FPGA芯片中已经预装构造好了许多的参数化库单元LPM器件，通过使用能够支持LPM的EDA软件工具，编程设计者可以设计出硬件结构相对独立并且能够使得硅片的使用效率变得非常高的工程产品^[2]。现在的世界电子产品种类繁多，各种电子产品都有着自身特点，手机、电脑、相机等等就是这类电子产品的典型代表，因此，本设计也结合了生活和娱乐的需要，在设计的过程中也使得自己的自动化使用技术得到提高。

1.2 本文工作与论文结构

1.2.1 本文工作

（1）软件设计：使用EDA开发软件QUARTUS II进行软件部分的开发，模块的建立，以及总体工程的设计。

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