基于EDA的简易电子琴设计鲍亚文.doc

基于EDA的简易电子琴设计 鲍亚文（安庆师范大学物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011） 指导老师：郑江云 摘要：uartus软件平台上，借助FPGA目标器件，用硬件描述语言V HDL进行编程 引言 科技发展的日新月异，催生了一系列新奇实用的电子产品。在这些电子产品中，电子琴早已成为电子乐器行列中的重要一员。电子琴是人类仿制常规乐器的代表之一，其发明问世极大地丰富了人们的听觉感受，推动了音乐的普及和发展。在信息化与电子化交织的今天，电子琴作为社会科技与文明的产物，正扮演着音乐领域中不可或缺的角色。 EDA技术的快速发展和成熟，FPGA等数字可编程器件的出现和进步，基于EDA技术的设计也变得愈加简单可行。基于EDA技术的设计不仅系统可靠性较高，而且能实现较为复杂的功能。运用EDA软件可方便地在计算机平台上实现设计与仿真，本设计中的电子琴便是基于EDA技术，运用Verilog HDL语言设计完成的。 1 EDA概述与音乐知识 1.1 EDA技术 1.1.1 EDA的发展 EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)可以认识为在计算机工作平台上，以EDA软件为开发环境，以PLD器件或ASIC专用集成电路为目标器件来设计实现电路系统的一门技术。EDA技术在逐渐进步，其大致经历了3个发展阶段：CAD阶段（20世纪70年代至80年代初）、CAE阶段（20世纪80年代初至90年代初）、EDA阶段（20世纪90年代以后）。[1] EDA技术在进入21世纪后，得到了不小的进步和发展，突出表现在以下几个方面：[2] (1)不断推出在仿真验证和设计两方面都支持标准硬件描述语言的EDA软件，功能更加强大且验证更加高效； (2) EDA技术使得电子设计成果以自主知识产权(IP)的方式予以确认，提高了设计成果的可重用性； (3)EDA技术使得电子领域各学科之间的界限更加模糊，互为包容，如模拟和数字、软件和硬件、系统和器件、ASIC和FPGA等； (4)SoPC（可编程芯片系统）进入实用化阶段； (5)高速数字信号处理算法可基于FPGA的DSP技术实现。 1.1.2 EDA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。自顶向下的设计，即Top-down设计，这种设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分与结构设计。在功能级仿真纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，然后用综合工具将设计转化为具体门电路网表。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次完成的，这一方面有利于在早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，同时也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。EDA设计流程一般包括：设计输入、综合、布局布线、仿真、编程配置的步骤。[3] 图1 基于FPGA/CPLD器件的数字系统设计流程 (1)设计输入(Design Entry)：主要为原理图(schematic)输入和HDL文本编辑输入2部分。 (2)综合（Synthesis）：将高级抽象层次的设计描述自动转化为低层次描述。 (3)布局布线：将综合生成的电路逻辑网表映射到具体的目标器件，并产生最终的可下载文件。 (4)仿真：包括功能仿真和时序仿真，对设计电路的功能的验证。 (5)编程配置：把适配后生成的编程文件装入到PLD器件中，CPLD器件的下载称为编程，FPGA器件的下载称为配置。 1.1.3 Quartus II设计平台和Verilog HDL语言 本设计的开发工具是Quartus II，采用Verilog HDL语言编程。 Quartus II适合大规模FPGA的开发，是Altera继MAX+plus II后的新一款开发工具。Quartus II提供了更优化的综合和适配功能，改善了对第三方仿真和分析工具的支持。它还包括了DSP Builder、SOPC Builder等开发工具，支持系统级的开发等。uartus II是一款具有标准的DA工具接口和完善的可视化设计环境的PGA/CPLD集成开发软件。Verilog HDL是DL： Description Language），以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语。用它可以表示逻辑电路图[4]Verilog HDL和VHDL是世界上流行的0世纪0年代中期被开发出来的。V HDL由DA公司开发，它是在 适用于可综合的电路设计，也适用于电路和系统的仿真。 能在多个层次上对所设计的系统进行描