基于FPGA的乐曲演奏电路设计.doc

目录1、EDA技术发展及介绍11.1EDA技术的介绍11.2EDA技术的发展11.3EDA技术的发展趋势21.4乐曲演奏电路简介22、总体方案设计32.1设计内容32.1设计方案比较32.3方案论证42.3方案选择43、单元模块设计43.1稳压电源电路53.2有源晶振电路53.3蜂鸣器63.4七段数码管显示电路74、特殊器件的介绍84.1CPLD器件介绍84.2FPGA器件介绍84.3MAX||EPM240T100C5器件95、最小系统原理106、软件实现116.1音调的控制116.2音长的控制126.3软件设计127、系统仿真及调试167.1仿真167.2调试188、总结198.1设计小结198.2设计收获198.3设计改善198.4致谢199、参考文献201、EDA技术发展及介绍1.1EDA技术的介绍EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionlanguage）完毕的设计文献，自动地完毕逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目的芯片的适配编译和编程下载等工作。硬件描述语言HDL是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL而言的。HDL语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可运用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特性和电路的行为方式；然后运用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文献或下载文献。目前，就FPGA/CPLD开发来说，比较常用和流行的HDL重要有ABEL-HDL、AHDL和VHDL。1.2EDA技术的发展可将EDA技术分为三个阶段。（1）七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。（2）八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增长了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的重要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。（3）九十年代为ESDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化限度还不高，各种EDA软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上局限性，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA即电子系统设计自动化。1.3EDA技术的发展趋势目前的EDA产业正处在一场大变革的前夕，对更低成本、更低功耗的无止境追求和越来越短的产品上市压力正迫使IC供应商提供采用0.13μm或以下的千万门级的系统芯片，而这些系统芯片的高复杂性设计更加依赖于EDA供应商提供全新的设计工具和方法以实现模拟前后端、混合信号和数字电路的完全整合。然而，这些新的需求为当代EDA工具和设计方法带来了不少新的挑战与机会。例如，如何在工艺上防止模拟电路与数字电路之间的干扰；现有的大部份EDA工具最多只能解决百万门级设计规模，随着IC设计向千万门级以上规模发展，现有EDA工具和方法必须进行升级。如何融合各EDA供应商的工具，以便向IC设计界提供更高效能和更方便的RTL-to-GDSII或Conc-ept-to-GDSII整合设计环境；为保证深亚微米(0.13μm或以下)和更低内核工作电压(1.8V或以下)时代的信号完整性和设计时序收敛，必须采用新的设计方法。半导体工艺的每一次跃升都促使EDA工具改变自己，以适应工艺的发展；反过来EDA工具的进步又推动设计技术的发展。可以说EDA工具是IC设计产业的背后推手。系统芯片（SOC）正在迅速地进入主流产品的行列。由此引发的“芯片就等于整机”的现象，将对整个电子产业形成重大的冲击。种种迹象表白，整个电子产业正在酝酿着一场深刻的产业重组，这将为许多新兴的公司提供进入这一行业的最佳。1.4乐曲演奏简介乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种，在众多的实现方法中，以纯硬件完毕乐曲演奏，随着FPGA集成度的提高，价格下降，EDA设计工具更新换代，功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。PFGA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并且硅片的使用效率非常高的产品。