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1、本科生毕业论文（设计）基于EDA技术的电子琴设计 姓 名： 孙立凯 指导教师： 赵年顺 院 系： 信息工程学院 专 业： 电子信息工程 提交日期： 2012年4月25日 黄山学院本科毕业论文目 录中文摘要2英文摘要3引 言41. EDA设计技术综述51.1 EDA技术51.1.1 EDA技术的介绍与发展51.1.2 EDA技术的设计流程51.1.3设计平台Max+plusII和VHDL介绍61.1.4 FPGA器件的简介71.2 电子琴的应用与设计背景91.2.1 基于EDA技术的电子琴设计介绍91.2.2 基于EDA技术的电子琴设计设计要求91.2.3 与设计相关的音乐知识92. 系统分析与
2、设计方案102.1 设计思想以及设计原理框图102.2 原理说明102.3 系统的实现以及设计指标113. Max+plus设计过程123.1 键盘演奏模块实现123.1.1 时钟产生模块123.1.2 键盘扫描模块143.1.3 键盘译码以及开关电路153.2 音符查表及简谱产生电路163.3 音符发声模块实现183.4 系统的顶层设计213.4.1 层次化设计的概念213.4.2 生成组件符号223.4.3 调用组件符号22结束语24参考文献25致谢26基于EDA技术的电子琴设计孙立凯指导老师：赵年顺 （黄山学院信息工程学院，黄山，安徽 245041）摘 要：电子琴作为科技与音乐的产物，在
3、信息化和电子化的时代，为音乐的大众化做出了不可磨灭的贡献，现代歌曲的制作，很多都需要电子琴才能完成。EDA技术作为现阶段电子技术的主力技术得到了长足的发展，其基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。VHDL硬件描述语言作为EDA技术中较为主流的硬件描述语言，可以采用类似于C语言的书写形式，并采用自顶向下结构设计方法。以Max+Plus II为软件平台，用VHDL硬件语言描述，并以ALTERA公司生产的FPGA芯片搭建的硬件平台实现了电子琴的相关功能。电子琴以键盘演奏模块、音符查表及简谱产生模块和音符发声模块各子模块例化调用所产生的顶层电路，进行逻辑仿真和时序仿真，完成相应配置所实
4、现的。整个系统稳定、可靠性高，电子琴演奏的音乐音色好，可操作性强。关键词：电子琴; EDA技术;Max+Plus II;VHDL硬件描述语言 中文摘要Design of Electronic Organ Based on EDASun Likai Director：Zhao Nianshun（Information Engineering College, Huangshan University, Huangshan, China, 245041）Abstract：Electronic organ has made an indelible contribution to the popul
5、ar music as a product of technology and music in information and electronic age, many of modern song production are required to complete by the electronic organ. EDA technology has obtained the considerable development as the main force of electronic technology now. Its basic feature is using a high
6、-level language to describe with system level simulation and comprehensive ability. VHDL hardware description language is similar with the C language written form as mainstream hardware description language in EDA, and it adopt top-down design method. Using Max+PlusII as software platform and VHDL h
7、ardware language as description language to realize the electronic organs function. The entire system is stable and has high reliability. Electronic organ creats top circuit by invoking keyboard playing module, table look-up of note module, the generation module of numbered music notation and note v
8、ocalization module .The top circuit execute logic simulation and timing simulation to complete the corresponding configuration. Music played by electronic organ sounds good and has strong operating line.Key words :Electronic organ; EDA; Max+PlusII; VHDL hardware description language英文摘要引 言随着社会的发展、科技
9、的进步，电子琴的发明极大的推动了流行音乐的发展，同时可以演奏出未从拥有的音色从而丰富了人们的感情表现，并且推动了音乐的普及使音乐成为了大众的音乐。电子琴作为科技与音乐的产物，在信息化和电子化的时代，为音乐的大众化做出了不可磨灭的贡献。 现代的电子琴一般使用PCM或PWM采样音源，并非“模仿”乐器的音色，而是使用的真实乐器音色，还加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。随着EDA技术的大力发展，FPGA等数字可编程器件的出现和发展，基于EDA技术的电子琴设计也就变得更加简单，而且性能更稳定、能实现较复杂的功能，且运用EDA软件可方便的在计算机上实现设计与仿真。本设计基于VH
10、DL语言是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，未来必定会取代部分落伍的数字元器件。1 EDA设计技术综述 1.1 EDA技术1.1.1 EDA技术的介绍与发展EDA(Electronic Design Automation)技术作为现代电子设计技术的核心，它依赖强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言VHDL(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真测试等项功能，直至实现既定性能的电子线路系统功能1。EDA技术使得设计者的工作几乎仅限于利用
11、软件的方式，即利用硬件描述语言HDL和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现2。EDA技术在21世纪，得到了长足的发展，突出表现在以下几个方面：(1) 使电子设计成果以自主知识产权(IP)的方式得以明确表达和确认；(2) 在仿真验证和软件两方面都支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断推出；(3) EDA使得电子技术领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容，如模拟与数字、软件与硬件、硬件与器件、ASIC与FPGA等；(4) SOC高效低成本设计技术的成熟；(5) 系统级、行为验证级硬件描述语言，如System C、System Verilog等的出现，使复杂电子系统的设计特别是验证趋于高效和
12、简单。1.1.2 EDA技术的设计流程一个完整的EDA设计流程既是自顶向下设计方法的具体实施途径，也是EDA工具软件本身的组成结构。其大致的设计流程包括：设计输入、综合、适配、时序仿真和功能仿真、编程下载、硬件测试的步骤。对于目前流行的EDA工具软件，图1-1的设计流程具有一般性3。图1-1 应用FPGA/CPLD的EDA开发设计流程框图 (1) 设计输入：分为原理图输入和HDL文本编辑输入。(2) 综合：将用行为和功能层次表达的电子系统转换为较低层次的便于实现的模块组合装配的过程。(3) 适配：也称结构综合器，功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件。(4
13、) 时序仿真和功能仿真：前者是接近真实器件运行特性的仿真，后者是直接对HDL、原理图描述或其他描述形式的逻辑功能进行测试模拟。(5) 编程下载：把适配后生成的下载或配置文件，通过编程器或编程电缆向FPGA或CPLD下载，以便进行硬件调试和验证。(6) 硬件测试：讲含有载入了设计文件的FPGA或CPLD的硬件系统进行统一测试，以便最终验证设计项目在目标系统上的实际工作情况，以排除错误，改进设计。1.1.3 设计平台Max+plusII和VHDL介绍本设计所使用的硬件描述语言是VHDL，设计平台是Altera公司早期的EDA设计软件Max+plusII。 Max+plus是Altera公司提供的F
14、PGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Max+plus界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Max+plus上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程4。Max+plus开发系统的特点:(1) 开放的界面：Max+plus支持与Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。 (2) 与结构无关：Max+plus系统的核心Com
15、plier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可编程逻辑器件，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。 (3) 完全集成化：Max+plus的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。 (4) 丰富的设计库：Max+plus提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。 (5) 模块化工具：设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。 (6) 硬件描述语言(HDL)：Max+plus软件支持各种HDL设计输入选项，包括VHDL、Veril
