EDA设计乐曲硬件演奏电路

    1引言
   
    EDA是英文"Electronics Design Automation(电子设计自动化)"的缩写。EDA技术是近几年迅速发展起来的计算机软件、硬件和微电子交叉的现代电子设计学科，是现代电子工程领域的一门新技术。它是以可编程逻辑器件(PLD)为物质基础，以计算机为工作平台，以EDA工具软件为开发环境，以硬件描述语言(HDL)作为电子系统功能描述的主要方式，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。
   
    VHDL是常用的HDL，它的英文全名是VHSIC"Very High Speed Integrated Circuit Handware Description Language(高速集成电路硬件描述语言)",VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能简化硬件设计任务，提高设计的效率和可靠性。
   
    Quartus II是Alters提供的FPGA"Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列)"和CPLD "Complex programmable Logic Device(复杂可编程逻辑器件)"的开发集成环境，Alters是世界最大可编程逻辑器件供应商之一。Alters的Quartus II提供了完整的多平台设计环境，能满足各种特定设计的需要，也是单芯片可编程系统((SOPC)设计的综合性环境和SOPC开发的基本设计工具，并为Alters DSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境。
   
    2设计原理
   
    本文通过利用数控分频器设计硬件乐曲演奏电路(电子琴)的设计实例，使读者初步了解 VHDL硬件描述语言和Quartus II开发环境。本设计是在Alters的FPGA芯片CycloneEP1C6和杭州康芯电子有限公司生产的GW48系列EDA实验系统基础上完成的，硬件测试用实验系统的电路模式3,特点是有8个琴键式键控发生器，可用于设计八音琴等电路系统，也可以产生时间长度可控的单次脉冲。该电路有8个译码输出显示的数码管，以显示目标芯片的32位输出信号，且8个发光管也能显示目标器件的8位输出信号。时钟为SOMHz.输出接扬声器。
   

    主系统TONETABA.VHD和SPEAKER.VHD 2 个模块组成:
   
    (1)音符的频率可以由SPEAKER获得，这是一个数控分频器。由其clk端输人一具有较高频率(这里是12MHZ)的信号，通过SPEAKERA分频后由SPKOUT输出。
   
    (2)音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数决定，模块TONETABA的功能是为SPEAKERA提供决定所发音的分频预置值，而此数在SPEAKERA输人口停留的时间即为此音符的节拍值。
    

    3 逻辑时序仿真
   

    4结论
   
    本文作者创新点是基于FPGA完成乐曲演奏电路，在Altera Quartus II环境下，用VHDL语言实现电子琴演奏音乐的设计实例，设计者根据VHDL的语法规则，对系统的逻辑行为进行描述，然后通过综合工具进行电路结构的综合、编译、优化，用仿真，可在短时间内设计出高效、稳定、符合设计要求的电路。本设计还可扩展为多个音阶的电子琴，并利用FPGA内部的ROM装上多首歌曲，可用手动或自动选择歌曲。与利用微处理器(CPU和MCU)来实现乐曲演奏相比，可以很简单的设计出多种演奏电路具有高性能，高可靠性等优点，在性能价格比方面优于同类产品，有着广泛的应用前景和使用价值。