FPGA实验：电子琴设计与音符频率解析

"锁定引脚方法-FPGA实验电子琴" 在FPGA设计中，锁定引脚是确保设计正确实现和稳定性的关键步骤。在DE2 FPGA开发板上进行电子琴实验时，需要按照特定的配置锁定各个功能引脚。以下是关于FPGA引脚锁定的方法和实验电子琴的相关知识点： 一、引脚锁定方法 1. 打开 Quartus II 或者其他FPGA集成开发环境。 2. 进入 "Assignment" 菜单，选择 "Pins" 选项。 3. 在弹出的 "Pin Planner" 界面中，根据给定的表格信息分配引脚。 - 将Clk1分配给50MHz时钟信号，位置为PIN_N2。 - Clk2分配给27MHz时钟信号，位置为PIN_D13。 - Code1[3]连接到LEDR[3]，位置为PIN_AC22。 - Code1[2]连接到LEDR[2]，位置为PIN_AB21。 - Code1[1]连接到LEDR[1]，位置为PIN_AF23。 - Code1[0]连接到LEDR[0]，位置为PIN_AE23。 - High1连接到LEDR[6]，位置为PIN_AD21。 - Spkout连接到GPIO_1[9]，位置为PIN_M25。 4. 完成分配后，保存并编译工程，确保引脚锁定设置无误。 二、实验电子琴电路模块设计 1. 节拍理解 - 音乐中的节拍是时间的均匀划分，每个单位称为一拍。 - 拍子的时值可以用不同音符的时值表示，如2/4, 3/4等，取决于以哪个音符为一拍。 - 实验中最小的节拍是1/4拍，速度设定为每拍1秒，这意味着以4HZ频率读取音符存储器，可以实现音乐的节拍。 三、音符与频率的关系 1. 不同音符代表不同频率的声波，通过产生不同频率的脉冲并通过扬声器播放。 2. 方波脉冲易于由定时器生成，因此常用于电子琴的设计。 3. 生成音频脉冲的步骤： - 计算所需频率的脉冲周期（1/频率）。 - 将周期除以2，得到半周期时间。 - 使用定时器，当计时达到半周期时，反转输出脉冲的极性。 - 重复此过程，即可在输出端获得指定频率的脉冲。 四、频率计算 - 假设频率为523Hz，周期为1912微秒，那么需要在计数器达到956次时翻转I/O，以生成523Hz的方波。 - 一般公式为：2N = Tr/Ti = Fi/Fr，其中Fi是内部时钟频率，Fr是对应音符频率，Ti是内部时钟周期，Tr是音符周期。 五、乐曲播放原理 1. 将音乐《梁祝》的音符数据存储到ROM中。 2. 以4HZ的频率读取ROM中的音符数据。 3. 根据1MHz的内部时钟，将读出的音符转换成相应的频率脉冲。 4. 持续播放这些频率脉冲以重现音乐节奏。 在本实验中，如果要播放低7SI音（494Hz）一拍，需要在1秒钟内发送494Hz的方波。若以1/4拍为单位存储到ROM，ROM读取时钟为4HZ，那么低7SI音符应占据4个存储单元。这样，当4HZ的时钟读取4个单元时，恰好完成1秒的播放。