沈阳工程学院课程设计（论文）
Abstract
Music performances are widely used in automatic answering devices, cell phone ring tones, the Group phones, smart instrumentation and equipment。There are several ways to achieve, in many ways to achieve, pure hardware to complete the music performances, along with the improvement of FPGA integration, Lower prices, EDA design tool replacement, with the growing popularity of functional fashion, the application of such a programe so that more and more. Today's digital logic designers face increasingly shorter time to market pressure, had to 10,000 on the design, designers are not allowed to sacrifice the efficiency of silicon to maintain the uniqueness of the structure. The use of the current EDA software tools to tackle these problems, is not a simple matter. Pre-installed FPGA has a lot of good structural parameters of the unit LPM devices. By introducing support for the LPM EDA software tools, you can design a structure independent of silicon and a very high efficiency in the use of the product.
This paper analyzes the correlation between the coding with the note，frequency and rhythm in musical performante，Based on MAX-plus II—the EDA development tool，this design has adopted the method of classification of VHDL and principle picture design procedures．And the design of dynamic displayfing music player has been achieved on the basic of FPGA to much music，the design making music perform the figure circuit has got the much better optimization , has improved the flexibility designing that.
Keywords FPGA， EDA，VHDL，digital frequency multiplex system
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目 录
摘 要 ...................................................................................................................... V Abstract ............................................................................................................... VI 第1章 引 言 ......................................................................................................... 1 1.1 EDA技术的概念及发展趋势 ...................................................................... 1 第2章 VHDL语言 ............................................................................................... 2 2.1 VHDL简介 ................................................................................................... 2 2.2 VHDL语言的特点及应用 ........................................................................... 3 第3章 乐曲硬件演奏电路 ................................................................................... 7 3.1 基本要求 ...................................................................................................... 7 3.2 乐曲演奏原理 .............................................................................................. 7 3.3乐曲硬件演奏电路的层次化设计方案 ....................................................... 9 3.3.1 音乐节拍发生器NoteTabs ................................................................... 9 3.3.2 音符译码电路ToneTaba模块 ........................................................... 14 3.3.3 数控分频模块(Speakera)设计 ............................................................ 16 3.3.4 乐曲硬件演奏电路的顶层设计和仿真 ............................................. 19 结 论 ..................................................................................................................... 21 致 谢 ..................................................................................................................... 22 参考文献 ............................................................................................................... 23 附 录 ................................................................................................................... 24
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第1章 引 言
1.1 EDA技术的概念及发展趋势
EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度。
现在EDA技术应用广泛，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 技术已在各大公司、科研和教学部门广泛使用。在产品设计与制造方面，EDA 技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB的制作、电路板的焊接、ASIC的设计等。在教学方面，我国高校是从九十年代中期开始EDA教育的，现在几乎所有理工科类高校都开设了EDA课程。这些课程主要是让学生了解EDA的基本概念和原理，使用EDA软件进行电子电路课程的实验及从事简单系统的设计。
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第2章 VHDL语言
2.1 VHDL简介
VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自IEEE公布了VHDL的标准版本，IEEE-1076（简称87版）之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，（简称93版）。现在，VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为，在新的世纪中，VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。
随着VLSI、EDA（ Electronic Design Automation ）工具的迅速发展，用户系统的设计从单纯的ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计向着系统单片化SOC（System On a Chip）设计的方向发展。同时网络技术的发展，共享IP知识产权的开放式系统设计成为新模式，芯片工艺物理设计与系统设计相分离，使用户系统设计人员可直接从事芯片设计。多种技术的融合，系统的功能复合化程度越来越高；对系统设计方法学和工具的要求更高；系统设计日趋软件硬化、硬件软化，并使两者得到了有机的融合，形成了更为强大的ESDA（ Electronic System Design Automation ）。
VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）标准的硬件描述语言，是现代电子系统设计的首选硬件设计计算机语言。本篇介绍VHDL的语法基础、用VHDL进行系统设计的基本方法、以及VHDL的设计实例等。
从宏观的角度看，VHDL的语法构成了程序的各组成部分；微观上看VHDL的语法是各种语句的运用细节。本章在VHDL的特性之后，从这两个角度简要介绍VHDL的语法基础。
硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）诞生于1962年。HDL是用形式化的方法描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言。主要用于描述离散电子系统的结构和行为。与SDL（Software Description Language）相似，经历了从机器码（晶体管和焊接）、汇编（网表）、到高级语言（HDL）的过程。
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20世纪80年代美国国防部开发Very High Speed Integrated Circuit—VHSIC，用于描述集成电路的结构和功能。此后，硬件描述语言向标准化方向发展，1987年成为IEEE Standard 1076，称为VHDL语言。它也是美国国防部标准（MIL-STD-454L）。1993年该标准增修为IEEE1164标准。1996年，再次加入电路合成的标准程序和规格，成为IEEE1076.3标准。
2.2 VHDL语言的特点及应用
应用VHDL进行系统设计，有以下几方面的特点。 （1） 功能强大。VHDL具有功能强大的语言结构。它可以用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计。并且具有多层次的设计描述功能，支持设计库和可重复使用的元件生成。VHDL是一种设计、仿真和综合的标准硬件描述语言。
（2）可移植性。VHDL语言是一个标准语言，其设计描述可以为不同的EDA工具支持。它可以从一个仿真工具移植到另一个仿真工具，从一个综合工具移植到另一个综合工具，从一个工作平台移植到另一个工作平台。此外，通过更换库再重新综合很容易移植为ASIC设计。
（3）独立性。VHDL的硬件描述与具体的工艺技术和硬件结构无关。设计者可以不懂硬件的结构，也不必管最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。程序设计的硬件目标器件有广阔的选择范围，可以是各系列的CPLD、FPGA及各种门阵列器件。
（4）可操作性。由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能，对于已完成的设计，在不改变源程序的条件下，只需改变端口类属参量或函数，就能轻易地改变设计的规模和结构。
（5）灵活性。VHDL最初是作为一种仿真标准格式出现的，有着丰富的仿真语句和库函数。使其在任何大系统的设计中，随时可对设计进行仿真模拟。所以，即使在远离门级的高层次（即使设计尚未完成时），设计者就能够对整个工程设计的结构和功能的可行性进行查验，并做出决策。
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的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口）和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。
VHDL是一种标准的硬件电路设计语言，目前已成为广大电路设计人员设计数字系统首选的开发工具。基于VHDL硬件电路语言的编程与实际应
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