EDA课程设计自动电子琴

EDA课程设计自动电子琴专业：电子信息工程班级:学号:姓名：组员：指导老师：完成时间：2010-11-26目录一、课程设计目的……………2二、课程设计内容……………2三、课程设计原理……………2四、EDA、VHDL简介…………3五、简易电子琴的设计过程………………3六、结束语……………………5七、参考文献…………………6八、附录………6九、评分表……………………91一、课程设计目的本课程设计主要是基于VHDL文本输入法设计乐曲演奏电路，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，通过自动演奏已存入的歌曲。系统由乐曲自动演奏模块组成。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。二、课程设计内容（1）设计一个简易的八音符电子琴，它可自动演奏已存入的歌曲。（2）能够自动演奏多首乐曲，且乐曲可重复演奏。三、课程设计原理本课程设计目的在于灵活运用EDA技术编程实现一个简易电子琴的乐曲演奏，它要求在实验箱上构造一个电子琴电路，不同的音阶对应不同频率的正弦波。系统的整体组装设计原理图如图所示。系统的整体组装设计原理图2四、EDA、VHDL简介EDA技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。EDA可提供文本输入以及图形编辑的方法将设计者的意图用程序或者图形方式表达出来，而我们经常用到的VHDL语言便是用于编写源程序所需的最常见的硬件描述语言（HDL）之一。1、EDA技术EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）缩写，是90年代初从CAD、CAM、CAT和CAE的概念发展而来的。EDA技术是电子设计的发展趋势，利用EDA工具可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作。EDA工具从数字系统设计的单一领域，发展到今天，应用范围已涉及模拟、微波等多个领域，可以实现各个领域电子系统设计的测试、设计方针和布局布线等。现在对EDA的概念或范畴用得很宽，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA主要辅助进行三个方面的设计工作：IC设计、电子电路设计和PCB设计。2、VHDL语言常用硬件描述语言有VHDL、Verilog和ABEL语言，而VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的结构特点是将设计实体的内部功能和算法完成部分。相对于其他硬件语言，VHDL有许多优点。比如VHDL的行为描述能力更强，而且具有丰富的仿真语句和库函数，随时可对系统进行仿真模拟，使设计者对整个工程的结构和功能可行性做出判断；另外，由于具有类属描述语句和子程序调用等功能，对于完成的设计，在不改变源程序的条件下，只需改变类属参量和函数，就能轻易地改变设计的规模和结构。五、简易电子琴的设计过程根据系统设计要求，系统该系统基于计算机中时钟分频器的原理，设计采用自顶向下的设计方法，自动演奏已存入的歌曲。它由乐曲自动演奏模块构成。1、乐曲自动演奏模块乐曲自动演奏模块的作用是产生8位发生控制输入信号。当进行自动演奏时，由3存储在此模块的8位二进制数作为发声控制输入，从而自动演奏乐曲。部分源程序如下：8'd0,8'd1:count_end=L_5;8'd2,8'd3,8'd4,8'd5,8'd6,8'd7,8'd8:count_end=M_1;8'd9,8'd10:count_end=M_3;8'd11,8'd12,8'd13,8'd14:count_end=M_2;8'd15:count_end=M_1;8'd16,8'd17:count_end=M_2;8'd18,8'd19:count_end=M_3;…….…….…….8'd138,8'd139:count_end=M_5;8'd140,8'd141,8'd142,8'd143:count_end=M_1;8'd144,8'd145,8'd146,8'd147:count_end=M_1;default:count_end=16'hffff;2、时序仿真编译完成后，可以对所进行的设计进行仿真，下面简单介绍一下仿真的步骤。（1）打开波形编辑器，在file菜单中选择new命令，列出所有的信号，选择所需要的信号，然后画出输入信号的波形且设置仿真时序时间区域，最后将该文件以.vwf的扩展名存盘。（2）在Processing菜单中打开仿真器窗口，单击StartSimulation按钮，直到出现Simulationwassuccessful时，就可以看到仿真的结果。乐曲自动演奏模块的仿真图43、电路功能验证如果说前面的过程都是理论上进行软件设计制作，那么电路验证则是硬件产生实际结果的必要步骤，它是软件编程导入硬件系统得到最终设计目标的一个过程。此课程设计中主要用到的硬件设施有EP1K6Q240C8芯片、扬声器、三极管等，硬件和软件系统相连接的枢纽就是芯片引脚和VHDL主程序中所有输入输出之间对应的关系，它们满足：CLK→28引脚、beep→175引脚。在选择好芯片以及设置引脚值后，下载源程序到此芯片上，确认编程器硬件是否已安装好。按如下步骤打开编程器窗口：在processing菜单中选择StartCompilation项，对源程序进行编译。再导入程序，然后运行。扬声器就会自动播放音乐。4、问题分析在整个课程设计中，不可避免遇到很多难于解决的问题，一来是对EDA技术的不太了解，初涉VHDL语言以致很多语法和语言基本结构、算法生疏，运用不灵活，在编写源程序上遇到很大难题，而且在编译运行程序时对出错的语句理解不到位，难于下手修改错误语句，这使得在设计程序时遇到很大的阻碍。在对于设计时遇到的不同问题时，首先应该理解问题关键所在，因为用语言编写程序需要仔细认真的态度，一点点错误漏洞将导致整个源程序无法编译运行，阻碍下一步工作完成进度。六、结束语通过这次VHDL课程设计，不仅增强了我们的实践动手能力，也让我们对课堂上所学到的理论知识的理解加深了许多，这给我们提供了一个在学习生活中很难得的理论联系实际的机会。能够借此机会了解到部分EDA技术的知识和学习运用其中一种硬件描述语言VHDL编程实现各种常用器件的功能，这是在哪堂讲课上都得不到的一笔财富。另一方面我们也发现了在平时学习过程中难于发现的许多缺点跟不足。比如实践机会过少，所学的理论知识不能灵活运用，在遇到实际的问题时无法正确处理；再者在课堂上获得的专业知识过于浅显，很多的有关基本操作原理、操作方法都理解不了；课外知识了解的也过少，导致在课程设计初期，面对完全陌生的设计课题无从下手，不知所措。这就提醒我们在平时的学习生活中不能一味埋头于面前的课本知识，毕竟当今社会竞争越发激烈，而学校能教授的东西有限，要想在人才市场中脱颖而出就只能靠我们自己。当然，在学习之余我们更应该积极参加各种有关专业知识的实践活动和比赛，巩固所学理论，多注意培养初步的实际工作能力和专业技术能力，这样在以后的工作岗位上不会显得那么仓促与生疏。5参考文献[1]辛春艳.VHDL硬件描述语言.北京：国防工业出版社，2002[2]甘历.VHDL应用与开发实践.北京：科学出版社，2003[3]VHDLLanguageReferenceGuide，AldeInc.HendersonNVUSA，1999[4]齐洪喜，陆颖.VHDL电路设计实用教程.北京：清华大学出版社，2004[5]潘松，黄继业.EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2002附录：乐曲自动演奏源程序清单--程序名称：song.VHD--程序功能：采用VHDL语言编程产生8位发声控制输入信号。modulesong(clk,beep);inputclk;outputbeep;regbeep_r;reg[7:0]state;reg[15:0]count,count_end;reg[23:0]count1;parameterL_5=16'd61224,L_6=16'd54545,M_1=16'd45863,M_2=16'd40864,M_3=16'd36402,M_5=16'd30612,M_6=16'd27273,H_1=16'd22956;parameterTIME=12000000;assignbeep=beep_r;always@(posedgeclk)begincount<=count+1'b1;if(count==count_end)begincount<=16'h0;beep_r<=!beep_r;end6endalways@(posedgeclk)beginif(count1<TIME)count1=count1+1'b1;elsebegincount1=24'd0;if(state==8'd147)state=8'd0;elsestate=state+1'b1;case(state)8'd0,8'd1:8'd2,8'd3,8'd4,8'd5,8'd6,8'd7,8'd8:8'd9,8'd10:8'd11,8'd12,8'd13,8'd14:8'd15:8'd16,8'd17:8'd18,8'd19:8'd20,8'd21,8'd22,8'd23,8'd24:8'd25,8'd26:8'd27,8'd28:8'd29,8'd30,8'd31,8'd32,8'd33:8'd34,8'd35,8'd36,8'd37,8'd38:8'd39,8'd40,8'd41,8'd42:8'd43,8'd44,8'd45:8'd46,8'd47:8'd48,8'd49,8'd50,8'd51:8'd52:8'd53,8'd54:8'd55,8'd56:8'd57,8'd58,8'd59,8'd60:8'd61,8'd62,8'd63:8'd64,8'd65:8'd66,8'd67,8'd68,8'd69:8'd70,8'd71,8'd72,8'd73:8'd74,8'd75:8'd76,8'd77,8'd78,8'd79:8'd80,8'd81,8'd82:8'd83,8'd84:8'd85,8'd86,8'd87,8'd88:8'd89:8'd90,8'd91:8'd92,8'd93:7count_end=L_5;count_end=M_1;count_end=M_3;count_end=M_2;count_end=M_1;count_end=M_2;count_end=M_3;count_end=M_1;count_end=M_3;count_end=M_5;count_end=M_6;count_end=M_6;count_end=M_5;count_end=M_3;count_end=M_1;count_end=M_2;count_end=M_1;count_end=M_2;count_end=M_3;count_end=M_1;count_end=L_6;count_end=M_5;count_end=M_1;count_end=M_1;count_end=M_6;count_end=M_5;count_end=M_3;count_end=M_1;count_end=M_2;count_end=M_1;count_end=M_2;count_end=M_6;8'd94,8'd95,8'd96,8'd97:count_end=M_5;8'd98,8'd99,8'd100:count_end=M_3;8'd101,8'd102:count_end=M_5;8'd103,8'd104,8'd105,8'd106:count_end=M_6;8'd107,8'd108,8'd109,8'd110:count_end=M_6;8'd111,8'd112:count_end=H_1;8'd113,8'd114,8'd115,8'd116:count_end=M_5;8'd117,8'd118,8'd119:count_end=M_3;8'd120,8'd121:count_end=M_1;8'd122,8'd123,8'd124,8'd125:count_end=M_2;8'd126:8'd127,8'd128:8'd129,8'd130:8'd131,8'd132,8'd133,8'd134:8'd135,8'd136,8'd137:8'd138,8'