fpgavivado电子琴

### FPGA Vivado 实现电子琴设计教程

#### 1. 系统概述
为了实现基于FPGA的数字电子琴，可以利用Vivado工具完成硬件描述语言(HDL)编写、综合、布局布线以及仿真测试等一系列流程。该设计方案能够帮助理解如何构建一个完整的音频发生器系统[^1]。

#### 2. 音频信号生成模块
创建一个用于产生不同频率正弦波形或其他所需音调的基础组件。这通常涉及到相位累加器和查找表(LUT)，其中LUT存储预计算好的样本点来近似理想波形曲线。对于每个按键对应的特定频率f_kHz, 可以按照如下方式定义：

// Verilog code snippet for frequency generation
module tone_generator (
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    output reg [9:0] audio_out
);
parameter FREQ = 440; // A4 note (default)

always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if (!rst_n)
        phase <= 0;
    else
        phase <= phase + FREQ;
end

assign index = phase >> PHASE_SHIFT;

initial begin
    $readmemh("waveform.hex", lut); // Load waveform from file into LUT
end

wire signed [9:0] sample = lut[index];
assign audio_out = sample;
endmodule

此部分代码展示了如何设置基本的声音生成单元，并允许通过改变`FREQ`参数调整输出声音的基频。

#### 3. 键盘扫描接口
为了让用户可以通过实际物理键盘控制发声，还需要加入相应的输入检测机制。这里采用矩阵式键盘作为外部交互设备的例子，当按下某个键时会触发相应中断并传递给主控逻辑处理程序去更新当前播放的音符信息。

// C++ pseudocode illustrating keyboard scanning process
for(int row=0;row<ROW_COUNT;++row){
    setRowActive(row);
    
    for(int col=0;col<COL_COUNT;++col){
        bool key_pressed = isKeyPressed(col);
        
        if(key_pressed && !key_states[row][col]){
            handleKeyPressEvent(convertToNote(row,col));
            key_states[row][col]=true;
        }else if(!key_pressed && key_states[row][col]){
            handleKeyReleaseEvent(convertToNote(row,col));
            key_states[row][col]=false;
        }
    }

    clearRowSelection();
}

上述伪码片段说明了怎样遍历整个键盘阵列寻找被按下的按钮位置，并据此激活对应声源通道的工作原理。

#### 4. 综合与下载至目标板卡
最后一步是在Vivado环境中编译所有HDL文件并将比特流文件烧录到选定的目标开发板上执行调试工作直至达到预期效果为止。确保遵循官方文档指导完成这些操作步骤。