FPGA电子琴设计：音调发生器模块详解

"本文档是关于FPGA电子琴设计的教程，主要涉及音调发生器(tone)模块的设计。电子琴设计要求包括八音功能，支持自动演奏和用户自定义乐曲存储。系统由数控分频器和乐曲存储模块构成，通过FPGA实现音阶频率的精确控制。" 在FPGA电子琴设计中，音调发生器(tone)模块是核心组件之一，其主要任务是生成音阶的分频预置值。这个模块根据8位的发声控制输入index工作，当index的某一位为高电平时，它会输出相应的音阶分频值到tone端口。这个分频值用于控制数控分频器，对4MHz的基础脉冲进行分频，从而产生不同音阶对应的音频频率。例如，当index等于"00000010"时，表示按键2被按下，音调发生器会产生分频系数6809，对应的音高频率随之产生。 电子琴的系统结构包括顶层模块、自动演奏模块(automusic)、音调发生器(tone)模块和数控分频模块(speaker)。顶层模块整合了所有子模块，提供自动演奏和键盘输入的切换功能。自动演奏模块存储乐曲，并在auto信号为0时，根据存储的8位二进制数自动演奏音乐。这个模块包含两个进程，一个用于生成4Hz的脉冲以控制音阶间的停顿，另一个用于存储和播放乐曲。 音调发生器不仅输出分频预置值，还通过code端口输出对应音阶的简谱显示数码，方便用户了解当前播放的音符。high输出则指示音阶是否高8度，当为低电平时有效。 数控分频模块负责将时基脉冲分频，生成与1至7七个音阶相对应的频率输出。这七个频率对应于音乐中的C、D、E、F、G、A、B七个基本音符，通过不同的组合和变化，可以演奏出各种复杂的旋律。 FPGA电子琴设计是一项结合数字逻辑和音乐理论的工程实践，音调发生器作为关键部分，实现了从数字信号到音频信号的转换，确保了电子琴的音准和演奏效果。通过FPGA的灵活性和可编程性，设计师可以实现更加复杂和创新的音乐功能。