论文总字数：16731字

摘 要

随着EDA技术和自动化技术的发展，我们身边越来越多的利用到自动化机器，在生活，生产，工作方面给大家带来了巨大的便捷，这些都依赖于自动化技术的发展和应用，其中VHDL语言因其便捷和广泛的使用而称为自动化设计的两大支柱语言（另一种为Verilog HDL）。本设计使用硬件描述语言，使用 QuartusⅡ平台设计一个乐曲发生器。乐曲发生器是现代播放设备如MP3，CD机的蓝本，设计很有研究意义，同时也具有趣味性。本设计需要完成的设计任务是完成可以自动播放音乐的功能，当我们录入乐谱后可以正常播放。同时也可以切换使用按键进行简单的演奏。本设计总体结构分为四个部分，分别是：音调发生模块、音调编码器模块、手动选择模块和数控分频模块。

关键词：自动化；硬件描述语言；乐曲发生器

The Design of Music Generator Based on VHDL

Abstract

With the development of EDA technology and automation technology, us more and more use of automatic machines, in the life, production, work to everyone brought great convenience, these are dependent on the development and application of automation technology, which VHDL language because of its convenient and widely used and said for automated design of two pillars of language (another for Verilog HDL). This design using VHDL language, the use of Quartus II design platform design out a music generator. Music generator is modern playback devices such as MP3, CD"s blueprint, design is very significance of the research, and also Have fun. This design required to complete the design task is completed can automatically play music function, when we input the music can be played normally. At the same time, it can switch button simple performance. The design of the overall structure is divided into four parts, respectively is: tone generating module, tone encoder module, CNC divider module and manual mode switching module.

Keywords: Automation；VHDL；Music Generator

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 引 言 1

1.1 乐曲发生器设计的意义 1

1.2 研究的发展现状 1

1.2.1 FPGA发展现状 1

1.2.2 VHDL发展现状 1

1.2.3 乐曲发生器发展简史及近年成果 1

第二章 乐曲发生器的总体方案 4

2.1 研究的主要内容及方案论证 4

2.1.1 研究主要内容 4

2.1.2 方案选取 4

2.1.3 本设计的设计任务 5

2.2 设计框图 5

2.3 设计总体概要 6

第三章 乐曲发生器的系统设计 7

3.1 原理描述 7

3.1.1 音名与频率的关系 7

3.1.2 可变分频器 7

3.1.3 节拍发生器原理 8

3.2 乐曲演奏电路的子结构 9

3.2.1 音调发生器模块 9

3.2.2 音调编码器电路模块 9

3.2.3 手动选择模块 10

3.2.4 数控分频器模块 11

3.3 顶层原理图及仿真 12

3.3.1 顶层原理图 12

3.3.2 顶层原理仿真图 12

3.3.3引脚锁定清单 13

3.3.4 程序使用说明书 13

第四章 总结与展望 15

致 谢 17

参考文献（References） 18

附 录 19

第一章 引 言

1.1 乐曲发生器设计的意义

音乐已经成为了我们生活中的必需品，音乐带给人很高的艺术享受，也帮助我们放松身心。在很久之前，如果想要听音乐那么就只能这样：要么是自己演奏，要么是找音乐艺人演奏。现在回看，当时欣赏音乐是一个非常麻烦的事情。但是随着电子技术的发展，如今，已经可以随时随地欣赏音乐，这些音乐便是通过乐曲发生器播放的。乐曲发生器带给人们的生活很多欢笑和快乐。所以了解和设计乐曲发生器是很具有现实意义的。

1.2 研究的发展现状

1.2.1 FPGA发展现状

FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。^[1]

近年来FPGA还在飞速发展，2010年科学家利用FPGA技术联合开发了一款运算速度超快的芯片。研究人员采用一种名为“现场可编辑门阵列”（FPGA）的芯片，将1000个内核有效集成在一个芯片上，不仅速度更快，而且能耗远低于一般芯片，更加环保。

1.2.2 VHDL发展现状

VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description 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。^[2]它主要是在数字电路设计中使用。目前，它的应用大多是在FPGA设计中。VHDL具有以下特点：(1)功能强大、设计灵活。(2)支持广泛、易于修改。(3)强大的系统硬件描述能力。(4)独立于器件的设计、与工艺无关。(5)很强的移植能力，易于共享和复用。

1.2.3 乐曲发生器发展简史及近年成果

1.乐曲发生器发展简史

乐曲发生器也即音乐播放器，时下已经是人们生活中必不可少的物品，它的出现，让动听的声音有了储存播放的载体，并且将音乐广泛的传播分享。

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