基于FPGA的音乐流水灯设计.doc

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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。

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

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。

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：

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：

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。

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

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

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

备

注

目录

摘要 .I

ABSTRAC…………………………………………………………………………………II

1引言 1

2可编程逻辑器件及FPGA介绍 2

2.1可编程逻辑器件简介…………………………………………………………………..2

2.2FPGA简介………………………………………………………………………...........3

3VerilogHDL语言介绍 4

4QuartusII开发环境和Modelsim10.0仿真软件介绍 5

4.1QuartusII软件介绍……………………………………………………………………..5

4.2Modelsim10.0软件介绍…………………………………………………………….…..6

5设计VerilogHDL代码和Modelsim仿真结果分析 6

5.1顶层模块…………………………………………………………………………….….6

5.2复位模块…………………………………………………………………………….….8

5.3按键模块………………………………………………………………………………10

5.4核心模块………………………………………………………………………………12

5.5流水灯模块……………………………………………………………………………22

5.6数码管模块……………………………………………………………………………25

5.7蜂鸣器模块 33

5.8简单的testbench测试代码 35

5.9VerilogHDL代码综合编译报告 37

结论 39

致谢 40

参考文献 41

译