2024年6月15日发(作者：况天宇)
山东轻工业学院
毕业设计（论文）开题报告
课题名称
课题类型
学生姓名
一、选题依据
1、目的及意义
音乐盒悠扬的乐声，经常勾起人们对美好往事的回忆，甚至魂牵梦萦，坠入
时光岁月的追忆中。300多年来席卷全球市场的机械音乐盒的最大魅力，也许就在
于它能将抽象的音乐，凝固成具象的艺术品。成为人们表达美好情感，追思逝去
岁月的最佳选择吧！
机械音乐盒的发展史，可追溯至14世纪初期，所发明挂在教堂钟楼上的排钟,
这种用发条装置来演奏的乐器，能发出清脆如水晶般的乐声，一度风靡荷兰，比
利时和法国北部。1811年以来，瑞士曾经是这项技艺的中心，它和瑞士钟表工业
一样，两者相辅相成，一段时间名领风骚，称霸全球。
二战以后，美国的大兵将精致的音乐盒带至日本，给这个正处在战争之后，
阵痛呻吟中的民族以很大的抚慰，日本的技术人员借鉴了瑞士的制造技术，并作
了进一步的更新，使得音乐盒的造价在当时降低了很多，并提高了产量，这正如
日本的钟表工业在战后迅速崛起一样，日本制造的精致音乐盒，在全球范围内，
打败了位于瑞士侏罗山区的众多厂商，并且逐渐形成以瑞士的Regue和日本的S
ankyo，称霸全球音乐盒市场二足鼎立的格局。
这种情况，一直延续至二十世纪九十年代，随着中国的改革开放，中国经济
逐渐融入国际社会，全球性的机械加工业开始向中国倾斜，音乐盒的制造也不例
外。
1992年，中国第一台具有自主知识产权的八音琴在中国宁波韵升的诞生，标
志着中国，全方位地参与全球音乐盒这块巨 大蛋糕的市场竞争，经过十多年的努
力，韵升 对八音琴的制造技术进行了更多的技术更新， 取得了多个国家和地区5
0余项发明专利。这使 得音乐盒无论在音质，音量，谱曲，和外观设计等方面都
基于FPGA的音乐盒的设计
工程设计Y
学 号
导师姓名
2 专业班级
电子
有了更大的改进。目前，韵升八音琴已占据全球八音琴市场份额的1/4，仅次于
日本Sankyo，位居全球第二位。
音乐盒300多年的产品发展，同时也是人类文明300多年发 展的历史鉴证。
每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同的社会心态和文明发展现状，
它也成了时代的一面镜子。
现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，加上现在已经成熟的FPGA技
术，更使得音乐盒的前景更加的广阔，利用FPGA技术我们不需要像传统音乐盒
的那种以复杂、成本高为代价，而仅仅需要一个FPGA开发板就能设计出完美的
作品，并且视觉效果和听觉效果也都是传统音乐盒所无法达到的。
2、EDA设计方法的发展趋势
电子产业瞬息万变, 随着新一代FPGA芯片工艺和设计方法的进步及新的应用领域
和市场需求的变化, EDA技术也有突飞猛进的发展，总的趋势可以概括为：跨越器件组，
甚至公司界限，越来越人性化的设计，越来越高的优化水平，越来越快的仿真速度，越
来越高的仿真精度以及完备的分析验证手段。
(1) 一体化工具和IP 是发展方向
一体化的工具使用户受益于一个统一的用户界面, 避免了在不同的工具间进行数据
转换等繁琐的操作。目前，各大EDA 工具供应商分别推出了集成众多工具在内的一体
化设计工具, 同时也在分别推出各自的标准数据库,以进一步简化设计流程。未来先进的
IC设计平台, 将整合各个公司的许多工具, 覆盖了从设计编译、布局编译、物理编译、
DFT 编译以及硅片制造的全部流程, 同时还在内部集成了向第三方开放的数据库, 将
不同设计阶段中的数据、时序、计算以及种种约束条件协调起来, 将集成新的模拟和混
合信号设计工具，加强利用EDA 工具进行模拟电路设计的能力。
IP 的合理应用是加速产品设计流程的一个有效途径。按照美国EDA联盟(The EDA
Consortium)的统计数据表明, IP产品的销售额是全球EDA 工业中增加最快的一个领域。
IP 应用是IC 设计业中绝对的发展趋势。
(2) System Verilog 将成为下一代的描述语言
描述语言一直是EDA业中重要的一环，VHDL和Verilog目前是中国的主流设计语
言。然而， 随着IC 复杂度的不断提高，高级语言将成为FPGA开发的利器，从更高
层次入手对系统进行描述是描述语言未来的发展方向。“System Verilog将最终取代
VHDL。”这是Synopsys公司对描述语言发展方向上的预测， 在进一步解释这一预测时，
还指出多年来FPGA设计中更关注的是仿真，而目前验证整个设计周期中已经占据了
60%甚至更多的时间，而System Verilog可以有效地支持上述两者的需求，同时System
Verilog是与Verilog完全兼容的。系统级设计方法除了需要使用高级HDL语言外，更
重要的是要得到系统级仿真、综合工具的强力支持。目前Verilog HDL语言发展迅猛，
并逐步完善。
(3) EsL 将撑起EDA 产业大旗
ESL指的是电子级系统设计。软件挑战是ESL身后的关键推动力。多处理器系统级
芯片必须并行编程，EsL的目标是单一高级别模型的协同软硬件设计。未来几年全球ESL
工具营收将显著增长，将与RTL工具持平。三种主要的EsL方法学分别围绕算法、处
理器与存储器、控制逻辑。它们均包含行为级与架构级设计，分别面向不同的工具及供
应商。
(4) Linux提速进入EDA领域
随着EDA 技术在全球范围内的飞速发展，业界都在翘首以待基于Linux 环境的
EDA 技术成为电路设计领域的主流。首先，由于Linux 费用很低，源代码开放，这使
得EDA 软件的前期开发费用很低，而且运行维护的成本也很低，同时大大方便了工程
师的设计工作。而Linux 工作站的费用也要比Unix 工作站便宜很多。此外，Linux的
成本大约是Unix以及Windows 的1/15~1/10,但是效能并不比后者差，甚至运行速度要
更快一些。现在业界普遍的看法就是预计在未来的5年内，Linux 将成为EDA 的主角。
可以预见，Linux 的普及只是时间问题。
(5) 模块化、增量式设计成为主流
模块化设计适用于团队开发设计内部关系易于划分、模块间连接较少的项目。模块
化设计先进行整体设计，各模块使用黑盒子代替，只指明模块间的连接（使用“伪逻辑”
（pseudo logic）连接）和整体设计的外部端口，并约束各模块在FPGA芯片内部的区域
位置和时序、外部端口引脚。之后并行的依据约束完成各自的模块设计，最后提交到一
起进行整体的组合(assemble)。增量式设计是一种能在小范围改动情况下节约综合、实
现时间并集成以往设计成果的设计手段。包括增量综合和增量实现两个层次的含义。
二、研究设计内容
采用FPGA（类型自选）作为音乐盒的控制芯片，整个电路设计和仿真均在QuartusII
软件上完成，电路运行的情况在仿真软件中直接观察。该音乐盒应当具备一般音乐盒
基本功能，即：
1、由功能键选择音乐盒处于自动播放或手动选歌模式；
2、当处于自动播放模式时，音乐盒可连续循环播放至少四首完整歌曲；
3、当处于手动选择模式时，可通过选择键切换到所要播放的歌曲；
4、当歌曲进行播放时，可显示播放歌曲的序号及名字。
三、研究设计方法及技术路线
纵观整个设计思路，大致可分为三大部分。
第一阶段：通过查阅资料对本系统做深入了解，熟悉各模块。对系统的结构设计有
了初步的思路以后，大体绘出系统的结构框图。
第二阶段：对系统进行设计。系统组成包括数据采集模块、数据存储模块、数据处
理与控制模块和显示等模块。
第三阶段：对系统进行调试。
四、时间安排
第七、八周：查阅和收集资料，了解各模块的基本知识；翻译与本题目相关的外文
资料；学习单片机的开发环境；完成开题报告，经指导教师同意后开题。
第九周：开始整体方案的设计。
第十周：初步设计任务的整体方案，此间对各个模块的设计进行了分析，进行具体
模块的设计。
第十一周：进行中期检查，检查课题及论文的完成情况，提交中期检查总结报告，
对课题完成过程中存在的问题进行总结和提出解决方案。
第十二周：进行编程工作，初步完成整个系统的框架。
第十三周：检查各系统设计是否存在问题，并进行优化修改。
第十四周：完成毕业设计软件及有关系统各个模块的整体调试。整理各种资料，开
始撰写毕业论文。
第十五周～第十七周：在指导老师的建议下修改并完成论文。参加毕业答辩，完成
各种资料的整理和归档。
五、预期研究成果：
1、在有关软件上完成课题的设计和仿真，验证所设计系统的功能。
2、提交毕业设计论文。
六、主要参考文献
《VHDL入门与应用》 陈雪松 滕立中 人民邮电出版社
《用VHDL设计电子线路》 乔长阁 薛宏熙 翻译 清华大学出版社
《VHDL简明教程》 王小军 清华大学出版社
《可编程逻辑系统的VHDL设计技术》 Kevin Skahill 东南大学出版社
《VHDL硬件描述语言与数字逻设计》 侯伯亨 西安电子科技大学出版社
《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计——电子工程师必备知识》 西电出版社,1999
年修订版
《VHDL语言100例详解——北京理工大学ASIC研究所》 清华大学出版社，1999年12
月版
《ALTERA可编程器件及其应用》 刘宝琴等 清华大学出版社
《FPGA原理及应用》 赵雅兴 天津大学出版社
《CPLD技术及应用》 宋万杰等 西安电子科技大学出版社
《PLD器件与EDA技术》 李冬梅 北京广播学院出版社
《大规模可编程逻辑器件及其应用》 徐志军等 电子科技大学出版社
年 月 日
指导教师意见：
指导教师： 年 月 日
注：课题类型填写：工程设计、技术开发、软件工程、理论研究等，同时注明X—真实课
题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题。
2024年6月15日发(作者：况天宇)
山东轻工业学院
毕业设计（论文）开题报告
课题名称
课题类型
学生姓名
一、选题依据
1、目的及意义
音乐盒悠扬的乐声，经常勾起人们对美好往事的回忆，甚至魂牵梦萦，坠入
时光岁月的追忆中。300多年来席卷全球市场的机械音乐盒的最大魅力，也许就在
于它能将抽象的音乐，凝固成具象的艺术品。成为人们表达美好情感，追思逝去
岁月的最佳选择吧！
机械音乐盒的发展史，可追溯至14世纪初期，所发明挂在教堂钟楼上的排钟,
这种用发条装置来演奏的乐器，能发出清脆如水晶般的乐声，一度风靡荷兰，比
利时和法国北部。1811年以来，瑞士曾经是这项技艺的中心，它和瑞士钟表工业
一样，两者相辅相成，一段时间名领风骚，称霸全球。
二战以后，美国的大兵将精致的音乐盒带至日本，给这个正处在战争之后，
阵痛呻吟中的民族以很大的抚慰，日本的技术人员借鉴了瑞士的制造技术，并作
了进一步的更新，使得音乐盒的造价在当时降低了很多，并提高了产量，这正如
日本的钟表工业在战后迅速崛起一样，日本制造的精致音乐盒，在全球范围内，
打败了位于瑞士侏罗山区的众多厂商，并且逐渐形成以瑞士的Regue和日本的S
ankyo，称霸全球音乐盒市场二足鼎立的格局。
这种情况，一直延续至二十世纪九十年代，随着中国的改革开放，中国经济
逐渐融入国际社会，全球性的机械加工业开始向中国倾斜，音乐盒的制造也不例
外。
1992年，中国第一台具有自主知识产权的八音琴在中国宁波韵升的诞生，标
志着中国，全方位地参与全球音乐盒这块巨 大蛋糕的市场竞争，经过十多年的努
力，韵升 对八音琴的制造技术进行了更多的技术更新， 取得了多个国家和地区5
0余项发明专利。这使 得音乐盒无论在音质，音量，谱曲，和外观设计等方面都
基于FPGA的音乐盒的设计
工程设计Y
学 号
导师姓名
2 专业班级
电子
有了更大的改进。目前，韵升八音琴已占据全球八音琴市场份额的1/4，仅次于
日本Sankyo，位居全球第二位。
音乐盒300多年的产品发展，同时也是人类文明300多年发 展的历史鉴证。
每个不同时期的音乐盒造型，都能折射出当时不同的社会心态和文明发展现状，
它也成了时代的一面镜子。
现今，音乐盒的制造，延袭传统，结合现代，加上现在已经成熟的FPGA技
术，更使得音乐盒的前景更加的广阔，利用FPGA技术我们不需要像传统音乐盒
的那种以复杂、成本高为代价，而仅仅需要一个FPGA开发板就能设计出完美的
作品，并且视觉效果和听觉效果也都是传统音乐盒所无法达到的。
2、EDA设计方法的发展趋势
电子产业瞬息万变, 随着新一代FPGA芯片工艺和设计方法的进步及新的应用领域
和市场需求的变化, EDA技术也有突飞猛进的发展，总的趋势可以概括为：跨越器件组，
甚至公司界限，越来越人性化的设计，越来越高的优化水平，越来越快的仿真速度，越
来越高的仿真精度以及完备的分析验证手段。
(1) 一体化工具和IP 是发展方向
一体化的工具使用户受益于一个统一的用户界面, 避免了在不同的工具间进行数据
转换等繁琐的操作。目前，各大EDA 工具供应商分别推出了集成众多工具在内的一体
化设计工具, 同时也在分别推出各自的标准数据库,以进一步简化设计流程。未来先进的
IC设计平台, 将整合各个公司的许多工具, 覆盖了从设计编译、布局编译、物理编译、
DFT 编译以及硅片制造的全部流程, 同时还在内部集成了向第三方开放的数据库, 将
不同设计阶段中的数据、时序、计算以及种种约束条件协调起来, 将集成新的模拟和混
合信号设计工具，加强利用EDA 工具进行模拟电路设计的能力。
IP 的合理应用是加速产品设计流程的一个有效途径。按照美国EDA联盟(The EDA
Consortium)的统计数据表明, IP产品的销售额是全球EDA 工业中增加最快的一个领域。
IP 应用是IC 设计业中绝对的发展趋势。
(2) System Verilog 将成为下一代的描述语言
描述语言一直是EDA业中重要的一环，VHDL和Verilog目前是中国的主流设计语
言。然而， 随着IC 复杂度的不断提高，高级语言将成为FPGA开发的利器，从更高
层次入手对系统进行描述是描述语言未来的发展方向。“System Verilog将最终取代
VHDL。”这是Synopsys公司对描述语言发展方向上的预测， 在进一步解释这一预测时，
还指出多年来FPGA设计中更关注的是仿真，而目前验证整个设计周期中已经占据了
60%甚至更多的时间，而System Verilog可以有效地支持上述两者的需求，同时System
Verilog是与Verilog完全兼容的。系统级设计方法除了需要使用高级HDL语言外，更
重要的是要得到系统级仿真、综合工具的强力支持。目前Verilog HDL语言发展迅猛，
并逐步完善。
(3) EsL 将撑起EDA 产业大旗
ESL指的是电子级系统设计。软件挑战是ESL身后的关键推动力。多处理器系统级
芯片必须并行编程，EsL的目标是单一高级别模型的协同软硬件设计。未来几年全球ESL
工具营收将显著增长，将与RTL工具持平。三种主要的EsL方法学分别围绕算法、处
理器与存储器、控制逻辑。它们均包含行为级与架构级设计，分别面向不同的工具及供
应商。
(4) Linux提速进入EDA领域
随着EDA 技术在全球范围内的飞速发展，业界都在翘首以待基于Linux 环境的
EDA 技术成为电路设计领域的主流。首先，由于Linux 费用很低，源代码开放，这使
得EDA 软件的前期开发费用很低，而且运行维护的成本也很低，同时大大方便了工程
师的设计工作。而Linux 工作站的费用也要比Unix 工作站便宜很多。此外，Linux的
成本大约是Unix以及Windows 的1/15~1/10,但是效能并不比后者差，甚至运行速度要
更快一些。现在业界普遍的看法就是预计在未来的5年内，Linux 将成为EDA 的主角。
可以预见，Linux 的普及只是时间问题。
(5) 模块化、增量式设计成为主流
模块化设计适用于团队开发设计内部关系易于划分、模块间连接较少的项目。模块
化设计先进行整体设计，各模块使用黑盒子代替，只指明模块间的连接（使用“伪逻辑”
（pseudo logic）连接）和整体设计的外部端口，并约束各模块在FPGA芯片内部的区域
位置和时序、外部端口引脚。之后并行的依据约束完成各自的模块设计，最后提交到一
起进行整体的组合(assemble)。增量式设计是一种能在小范围改动情况下节约综合、实
现时间并集成以往设计成果的设计手段。包括增量综合和增量实现两个层次的含义。
二、研究设计内容
采用FPGA（类型自选）作为音乐盒的控制芯片，整个电路设计和仿真均在QuartusII
软件上完成，电路运行的情况在仿真软件中直接观察。该音乐盒应当具备一般音乐盒
基本功能，即：
1、由功能键选择音乐盒处于自动播放或手动选歌模式；
2、当处于自动播放模式时，音乐盒可连续循环播放至少四首完整歌曲；
3、当处于手动选择模式时，可通过选择键切换到所要播放的歌曲；
4、当歌曲进行播放时，可显示播放歌曲的序号及名字。
三、研究设计方法及技术路线
纵观整个设计思路，大致可分为三大部分。
第一阶段：通过查阅资料对本系统做深入了解，熟悉各模块。对系统的结构设计有
了初步的思路以后，大体绘出系统的结构框图。
第二阶段：对系统进行设计。系统组成包括数据采集模块、数据存储模块、数据处
理与控制模块和显示等模块。
第三阶段：对系统进行调试。
四、时间安排
第七、八周：查阅和收集资料，了解各模块的基本知识；翻译与本题目相关的外文
资料；学习单片机的开发环境；完成开题报告，经指导教师同意后开题。
第九周：开始整体方案的设计。
第十周：初步设计任务的整体方案，此间对各个模块的设计进行了分析，进行具体
模块的设计。
第十一周：进行中期检查，检查课题及论文的完成情况，提交中期检查总结报告，
对课题完成过程中存在的问题进行总结和提出解决方案。
第十二周：进行编程工作，初步完成整个系统的框架。
第十三周：检查各系统设计是否存在问题，并进行优化修改。
第十四周：完成毕业设计软件及有关系统各个模块的整体调试。整理各种资料，开
始撰写毕业论文。
第十五周～第十七周：在指导老师的建议下修改并完成论文。参加毕业答辩，完成
各种资料的整理和归档。
五、预期研究成果：
1、在有关软件上完成课题的设计和仿真，验证所设计系统的功能。
2、提交毕业设计论文。
六、主要参考文献
《VHDL入门与应用》 陈雪松 滕立中 人民邮电出版社
《用VHDL设计电子线路》 乔长阁 薛宏熙 翻译 清华大学出版社
《VHDL简明教程》 王小军 清华大学出版社
《可编程逻辑系统的VHDL设计技术》 Kevin Skahill 东南大学出版社
《VHDL硬件描述语言与数字逻设计》 侯伯亨 西安电子科技大学出版社
《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计——电子工程师必备知识》 西电出版社,1999
年修订版
《VHDL语言100例详解——北京理工大学ASIC研究所》 清华大学出版社，1999年12
月版
《ALTERA可编程器件及其应用》 刘宝琴等 清华大学出版社
《FPGA原理及应用》 赵雅兴 天津大学出版社
《CPLD技术及应用》 宋万杰等 西安电子科技大学出版社
《PLD器件与EDA技术》 李冬梅 北京广播学院出版社
《大规模可编程逻辑器件及其应用》 徐志军等 电子科技大学出版社
年 月 日
指导教师意见：
指导教师： 年 月 日
注：课题类型填写：工程设计、技术开发、软件工程、理论研究等，同时注明X—真实课
题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题。