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正文摘录:

杨国庆：基于FPGA动态显示乐曲演奏器片上系统的分析与设计基于FPGA动态显示乐曲演奏器片上系统的分析与设计杨国庆(天津城市建设学院天津300384)摘要：分析了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QuartuslI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。-关键词：FPGA；片上系统；乐曲演奏器；VHDL；编码；模块化中图分类号：TP391.72文献标识码：B文章编号：1004—373X(2006)19—162—03AnalysisandDesignoftheDynamicDisplayingMusicPlayerBasedonFPGAYANGGuoqing(TianiinInstituteofUrloanConstruction，Tianiin，300384，China)Abstract：Thispaperanalyzesthecorrelationbetweenthecodingwiththenote，frequencyandrhythminmusicalperform—ance.BasedonQuartusII—theEDAdevelopmenttool，thisdesignhasadoptedthemethodofclassificationofVHDLandmod—ulization.Throughtheconceptofnotecoding，thedesignofdynamicdisplayfingmusicplayerhasbeenachievedonthebasicofFPGA，aSystemonaChip(SoC).Thedesignhasimprovedthemusicdisplayingdigitalcircuitandreducedthequantityofde—signingchip.Havingmorenarrowvolumeandlessconsumption，thedesignhasimprovedtheflexibility，dependabilityandex—pansibilityaswell.Keywords：FPGA；systemonachip；musicplayer；VHDL；coding；modulization1前言随着微电子技术、集成技术和计算机技术的迅速发展，数字化电子系统的设计方法和手段发生了很大的变化。特别是可编程逻辑器件的功能和容量的不断扩大，如FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)使集成电路的设计进入片上系统(SystemonaChip，SoC)或可编程片上系统(SystemonaProgrammableChip，SOPC)的设计时代“]。同时采用超高速集成电路硬件描述语言VHDL(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHard—wareDescriptionLanguage)，其具有多层次描述系统硬件功能的能力，既支持模块化设计，也支持层次化设计，使各种数字化电子系统的设计通过描述芯片功能实现系统功能，从而有效地缩短了产品开发周期，减少了设计芯片的数量，缩小了系统体积，降低了系统能耗，提高了系统的灵活性和可靠性。这种基于芯片的设计方法，目前已成为现代电子系统设计的主流。在美国AI.TERA公司QuartusII的EDA(Electron—icsDesignAutomation)软件平台上，采用VHDL语言层次收稿日期：2006—04—09162化和模块化的设计方法，目标器件选用Cyclone系列FP-GA器件中的EPIC3T144C8芯片，实现了基于FPGA动态显示乐曲演奏器的数字化系统设计，该电路采用乐曲音谱编码输出的方式来记录乐曲，具有占用存储空间少，设计方法简便等优点，其代码具有良好的可读性和可移植性，能够演奏一首或几首指定乐曲。本文暂选取乐曲《奉献》中的开头一段为例瞳]，其简谱如图1所示。(i矗垒.鱼l6i7.些I485i_蠹I地组墨一Ii矗垒.鱼6i7.垒；重f4B6z—童fi一一_)f蛐重§曼25.图1乐曲《奉献》q-开头一段简谱2系统设计分析2.1乐曲演奏原理声音的频谱范围一般在几十到几千赫兹，利用程序来控制FPGA芯片某个引脚输出一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出相应频率的声音。乐曲中的每一个音符对应着一个确定的频率，因此，要想发出不同音符的音调，只要能控制输出相应音符的频率即可。乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率，就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音