FPGA电子琴设计：顶层程序与仿真解析

"该资源是一份关于FPGA电子琴设计的教程，主要讲解了顶层程序与仿真的实现。设计涵盖了从顶层模块到各个子模块的详细设计，包括自动演奏、音调发生器和数控分频等核心部分。" 在FPGA电子琴设计中，顶层程序是整个设计的核心，它定义了系统的所有输入和输出接口。在本教程的`top.vhd`文件中，可以看到顶层实体`top`接收32MHz的系统时钟、键盘输入/自动演奏切换信号`handTOauto`、键盘输入信号`index1`，并输出音符显示信号`code1`、高低音节信号`high1`以及音频信号`spkout`。这个设计允许用户通过键盘输入演奏音乐，或者选择自动播放已存储的乐曲。 电子琴设计要求包括构建一个能演奏八音的电子琴，支持手动演奏和自动演奏模式，并且允许用户存储和播放自编的乐曲。系统主要由两部分构成：数控分频器和乐曲存储模块。数控分频器根据FPGA的基准频率产生与不同音阶对应的频率输出；乐曲存储模块则负责存储乐曲的节拍控制和音阶选择信号，通过内部计数器控制乐曲的播放。 在模块设计部分，有四个关键模块： 1. **顶层模块**：包括自动演奏模块`automusic`、音调发生器`tone`和数控分频模块`speaker`。自动演奏模块根据`auto`信号切换自动演奏或键盘输入。当`auto`为低电平时，自动演奏乐曲存储模块中的音乐；为高电平时，接收键盘输入。 2. **自动演奏模块(automusic)**：内含音乐存储功能，产生8位的发声控制输入`index`。通过分频得到4Hz的脉冲来控制音阶间的停顿时间，实现乐曲的自动播放。 3. **音调发生器(tone)**：根据8位发声控制输入`index`产生对应的分频预置值，该值用于控制数控分频器，产生每个音阶的特定频率。同时，`tone`模块还会输出音阶对应的简谱显示和高低音节信息。 4. **数控分频模块(speaker)**：对时基脉冲进行分频，生成与1至7七个音阶对应的频率，实现音频信号的生成。 这个设计通过FPGA的可编程逻辑，实现了音乐的数字化处理，使得电子琴能够灵活地演奏不同音符，同时支持用户自定义的乐曲存储和播放，展示了FPGA在数字信号处理中的应用。通过这样的设计，学习者可以深入理解FPGA的工作原理以及如何利用硬件描述语言（如VHDL）实现复杂数字系统的构建。