基于FPGA的音乐流水灯设计

西安邮电大学毕业设计（论文）题目：基于FPGA的音乐流水灯设计毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文《基于FPGA的音乐流水灯设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。基于FPGA的音乐流水灯设计论文作者签名：时间：年月日指导教师签名：时间：年月日西安邮电大学毕业设计(论文)任务书学生姓名指导教师职称学院电子工程学院系部电子与信息工程专业电子信息工程题目基于FPGA的音乐流水灯设计任务与要求基于FPGA的音乐流水灯设计通过FPGA实现音乐流水灯的控制，将不同音阶与特定频率的方波信号对应起来，以方波信号驱动蜂鸣器发出音乐，再根据不同音阶来控制流水灯的闪烁。要求：1.掌握对应FPGA芯片的内部结构及引脚功能；2.设计音乐流水灯控制系统，包括播放、控制模块；3．存储2首乐曲，设计相应程序，通过仿真实现系统功能。专业：电子信息工程题目：_基于FPGA的音乐流水灯设计工作进程起止时间工作内容2013年3月4日~3月18日查阅资料，撰写开题报告；2013年3月19日~4月4日掌握Verilog语言以及FPGA硬件的相关知识；2013年4月5日~4月30日基于quartus2软件使用Verilog语言进行编程，注意语言的转换，二进制转换成十六进制（不同音阶与特定频率的方波信号对应）2013年5月1日~5月14日设计相应程序，通过quartus2仿真实现系统功能2013年5月15日~6月6日撰写论文，准备答辩；2013年6月7日~6月14日毕业答辩。基于FPGA的音乐流水灯设计主要参考书目(资料)：1.《Verilog系统设计教程》2.《数字信号处理的FPGA实现》主要仪器设备及材料：1.计算机及其耗材2.仿真软件论文(设计)过程中教师的指导安排：每周五下午汇报本周工作，安排下周任务；随机进入机房检查并指导；每位同学两周讲一次所作内容；毕业设计后期增加指导次数；平时有问题随时打电话或发邮件指导。对计划的说明：指导教师签字：基于FPGA的音乐流水灯设计西安邮电大学毕业设计(论文)开题报告课题名称：基于FPGA的音乐流水灯设计电子工程学院电子信息工程系（部）电子信息工程专业电子班学生姓名：付学号：0指导教师：报告日期：基于FPGA的音乐流水灯设计基于FPGA的音乐流水灯设计1．本课题所涉及的问题及应用现状综述FPGA（Field－ProgrammableGateArray），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。众所周知，现今的娱乐场所都少不了由LED、蜂鸣器等小器件组成的电子设备，本课题研究的问题就能够完全实现这些功能。“基于FPGA的音乐流水灯设计”也可以应用于玩具、小车等，发出悦耳的音乐和显示炫目的光亮，还可以应用于大型电子系统中的显示部分，实现良好的人机操作界面。当然，用FPGA实现音乐流水灯有多种方法，有用HDL语言描述的组合、时序逻辑电路来实现，更高级一点的就是在FPGA的NIOS处理器来完成。基于FPGA的大型电子系统都需要通过LED或是蜂鸣器来检测系统的正确性，所以本课题所研究的就可以无缝地嵌入到FPGA系统中、2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题：1：FPGA芯片内部硬件工作原理2：音乐播放的基本原理3：verilog语言编程部分解决的思路：首先应该熟悉FPGA内部硬件的工作原理和音乐播放的基本原理，如果按下键，再利用外部按键传递信号给FPGA，这些信号可以实现音乐的播放和控制，FPGA解析按键传递过来的信号，再通过FPGA内部的延时，使得蜂鸣器所对应的的FPGA芯片端口输出高低电平的持续时间与音乐的音阶相对应，这就达到蜂鸣器发出预定的声音，同理可以点亮相应LED。实现预期目标的可行性分析：通过对相关原理的理解，FPGA工作原理的理解，通过按下不同的按键，来选定指定要播放的歌曲,同时FPGA控制LED闪烁。通过硬件和软件的的协调，来完成本课题。基于FPGA的音乐流水灯设计3．完成本课题的工作方案1.3月19日~4月4日:掌握Verilog语言以及FPGA硬件的相关知识；2.4月5日~4月30日:基于QuartusII软件使用Verilog语言进行编程，注意语言的转换，二进制转换成十六进制（不同音阶与特定频率的方波信号对应）；3.5月1日~5月14日:设计相应程序，通过quartus2仿真实现系统功能4.4月28日-5月30日:撰写论文，准备答辩；5.6月1日-6月29日:毕业答辩。4．指导教师审阅意见指导教师(签字)：2013年3月13日基于FPGA的音乐流水灯设计西安邮电大学毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名付道文性别男学号05091038专业班级电子0902班课题名称基于FPGA的音乐流水灯课题类型毕业设计难度难毕业设计（论文）时间2013.3.4——2013.6.14指导教师阴亚芳(职称教授)课题任务完成情况论文(千字)；设计、计算说明书(千字)；图纸(张)；其它(含附件)：指导教师意见分项得分：开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)：年月日评阅教师意见分项得分：选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；论文撰写（规范）分；外文翻译分评阅成绩：评阅教师(签字)：年月日基于FPGA的音乐流水灯设计验收小组意见分项得分：准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分验收成绩：验收教师(组长)(签字)：年月日答辩小组意见分项得分：准备情况分；陈述情况分；回答问题分；仪表分答辩成绩：答辩小组组长(签字)：年月日成绩计算方法指导教师成绩20(％)评阅成绩30(％)验收成绩20(％)答辩成绩30(％)学生实得成绩(百分制)指导教师成绩评阅成绩验收成绩答辩成绩总评答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)：学院答辩委员会主任(签字)：学院(签章)年月日基于FPGA的音乐流水灯设计备注目录摘要.......................................................XIIABSTRAC…………………………………………………………………………………II1引言.......................................................32可编程逻辑器件及FPGA介绍..................................22.1可编程逻辑器件简介…………………………………………………………………..22.2FPGA简介………………………………………………………………………...........33VerilogHDL语言介绍.......................................44QuartusII开发环境和Modelsim10.0仿真软件介绍...............54.1QuartusII软件介绍……………………………………………………………………..54.2Modelsim10.0软件介绍…………………………………………………………….…..65设计VerilogHDL代码和Modelsim仿真结果分析................65.1顶层模块…………………………………………………………………………….….75.2复位模块…………………………………………………………………………….….85.3按键模块………………………………………………………………………………105.4核心模块………………………………………………………………………………125.5流水灯模块……………………………………………………………………………225.6数码管模块……………………………………………………………………………255.7蜂鸣器模块..................................................................................................................335.8简单的testbench测试代码.........................................................................................35基于FPGA的音乐流水灯设计5.9VerilogHDL代码综合编译报告.................................................................................37结论........................................................39致谢........................................................40参考文献....................................................41译文........................................................42摘要FPGA器件的应用是继单片机之后，当今嵌入式系统开发中最为热门的关键技术之一，在国内也有着很广泛的应用群体，相比于单片机开发而言，基于FPGA的开发设计与以往的软件或硬件开发有着很大的不同，VerilogHDL或VHDL等硬件描述语言的使用也有着很多的技巧和方法。VerilogHDL语言是一门标准的硬件设计语言，它适合于电子系统设计的所有阶段。由于它容易被机器和人工阅读，因此它支持硬件设计的开发、验证、综合、测试以及硬件设计数据的交流，便于书写、维护、修改和最终硬件电路的获得。VerilogHDL语言具有简单、直观和高效的特点。在各种设计工具（如仿真验证、时序分析、测试分析和综合）里面，它采用标准的文本格式，具有多层次的抽象。由于具有以上这些特点，VerilogHDL语言已经被绝大多数的IC设计者所采用。本文着力介绍通过FPGA来实现音乐流水灯。在FPGA内部存有两首音乐，通过四个外部按键可以控制音乐的播放、暂停、切换和停止，流水灯点亮的个数代表当前播放的音阶，数码管显示音阶的频率，同时蜂鸣器发出悦耳的音乐。关键词：FPGAVerilogHDL音乐流水灯数码管基于FPGA的音乐流水灯设计IIABSTRACTAfterapplicationofFPGAdeviceisthesinglechipmicrocomputer,andtodaythemostpopularoneofthekeytechnologiesinembeddedsystemdevelopment,alsohasawidespreadapplicationindomesticgroup,comparedwiththesinglechipmicrocomputerdevelopment,thedevelopmentofdesignbasedonFPGAwithpastsoftwareorhardwaredevelopmentisabigdifference,VerilogorVHDLhardwaredescriptionlanguageHDLcholesterolalsohasalotoftheuseoftechniquesandmethods.VerilogHDLlanguageisalanguageofstandardhar