基于FPGA的MP3播放器设计
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3秒自动关闭窗口基于FPGA的乐曲硬件演奏系统设计与实现--《电子科技大学》2013年硕士论文
基于FPGA的乐曲硬件演奏系统设计与实现
【摘要】：伴随着半导体制造工艺的不断变更，NRE不断增加，数量要求少而品种要求多的现实情况下，FPGA拥有很强的灵活性，而且FPGA集成度的越来越高，但价格却降低，EDA设计工具更新换代，功能日益普及和流行，使用这种设计方案的应用越来越多。现在的数字逻辑设计者面临日益减少的上市时间的压力，不得不进行上万门的设计，同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结构的独特性。使用现今的EDA软件工具来应付这些问题，并不是一件容易的事情。FPGA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而且硅片的使用效率非常高的产品。
分析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QuartusⅡ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。
本设计是基于FPGA的设计与实现，在EDA开发平台QUARTUSⅡ6.0上，基于FPGA进行设计的音乐硬件演奏电路，利用数控分频技术，通过制作一个能够储存乐符数据的逻辑宏模块存储器（LPM-ROM）中，最终实现音乐硬件演奏。本文实现的是“梁祝”这首曲子，如果需要更换乐曲的话，只要重新制作LPM-ROM，将其中所存储的音乐数据进行更换，便可播放任意乐曲。
设计研究的主要内容包括：
（1）阐明了项目的基本原理及背景；
（2）介绍了项目设计所要用到相关软件、平台及设计方法；
（3）确定了项目的设计方案；
（4）单元模块的具体设计；
（5）总体程序的设计。
设计采用Altera公司的Cyclone系列中的EPIC12Q240C8芯片，
本系统设计根据顶层原理图，共分为存储模块、时钟分频模块、地址发生器模块、数控分频模块、分频预置数模块、乐曲播放模块这几个模块。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TN791;TN912.2【目录】：
摘要5-6ABSTRACT6-11第一章 绪论11-15 1.1 研究背景11 1.2 国内外研究现状11-12 1.3 研究的现实意义和前景12-14 1.4 研究内容14 1.5 本章小结14-15第二章 理论综述15-21 2.1 EDA 和 VHDL 语言介绍15-16
2.1.1 HDL 语言15
2.1.2 VHDL 语言15-16 2.2 音符频率的获得16-18 2.3 乐曲节奏的控制18 2.4 音符与频率的关系18-19 2.5 FPGA 结构与工作原理19-20 2.6 本章小结20-21第三章 系统需求分析21-28 3.1 系统需求目标21 3.2 系统功能需求21-22
3.2.1 自动播放功能21
3.2.2 乐曲切换功能21-22
3.2.3 暂停播放功能22
3.2.4 音量调节功能22 3.3 系统硬件需求22-24
3.3.1 FPGA22-23
3.3.2 LED 数码管23-24 3.4 系统性能需求24 3.5 开发环境24-26
3.5.1 集成开发环境24-25
3.5.2 仿真环境25-26
3.5.3 下载环境及下载流程26 3.6 本章小结26-28第四章 系统设计28-38 4.1 系统工作原理28-29 4.2 系统设计流程29 4.3 系统顶层设计29-30 4.4 硬件电路设计30-34 4.5 模块设计34-37
4.5.1 分频预置数模块34
4.5.2 时钟分频模块34
4.5.3 数控分频模块34-35
4.5.4 地址发生器模块35
4.5.5 存储模块35-36
4.5.6 逻辑控制模块36-37 4.6 本章小结37-38第五章 系统实现38-66 5.1 软件部分实现过程38-53
5.1.1 分配引脚以及项目仿真38-44
5.1.2 顶层电路 VHDL 程序设计44-45
5.1.3 音符数据 ROM 文件的定制45-50
5.1.4 音乐节拍和音调发生器模块50-53 5.2 硬件部分实现过程53-63
5.2.1 分频预置数模块53-56
5.2.2 地址发生器模块56
5.2.3 时钟分频模块56-59
5.2.4 数控分频模块59-62
5.2.5 存储模块62-63 5.3 硬件下载63-65 5.4 本章小结65-66第六章 系统仿真与调试66-70 6.1 波形仿真66-67
6.1.1 音乐节拍和音调发生器模块的仿真66
6.1.2 分频预置数查表模块的仿真66-67
6.1.3 音乐符数控分频模块的仿真67 6.2 系统调试67-68
6.2.1 硬件调试67-68
6.2.2 软件调试68 6.3 功能及性能测试68-69 6.4 本章小结69-70第七章 总结70-72 7.1 总结70 7.2 展望70-72致谢72-73参考文献73-75
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