FPGA实现4*4矩阵键盘电子琴

"该资源是关于使用FPGA实现一个4*4矩阵键盘的简单电子琴项目，通过键盘输入，产生不同音调和节拍。设计包括了中音、高音和低音区域，并通过数码管显示当前音调，用不同颜色的灯指示音调区域。" 在FPGA设计中，矩阵键盘是一种常见的输入设备，它利用行线和列线的交叉点来检测按键的按下。在这个4*4矩阵键盘实现的电子琴项目中，设计者杨刚和曾鹏宇巧妙地利用了键盘的15个功能键，从中音1到高音7，以及一个低音1，使得用户能够演奏出不同音域的音符。 1. **输入与输出信号**： - 输入信号包括时钟信号`clk`，复位信号`rst`，以及4位的键盘列线输入`column`。`rst`用于系统复位，`clk`是所有同步操作的基础，而`column`接收来自键盘的列线信号。 - 输出信号有蜂鸣器控制信号`beep`，LED显示的行`led_row`和列`led_col`控制，4位的键盘行线输出`row`，扫描键盘的结果`scan_key`，以及8位的数据输出`dataout`，用于数码管显示。 2. **模块组成部分**： - **扫描键盘**：这部分代码负责定期扫描键盘，确定被按下的键。通过一个定时器`cnt_scan`控制扫描频率，当定时器达到一定值时，行线`row`进行移位，完成一次扫描，然后重置定时器。 - **键盘按键处理**：这部分处理扫描到的按键信息，根据`row`和`column`的组合，识别出被按下的键，更新`scan_key`并设置标志位`sign`以暂停扫描。 - **音调和显示输出处理**：关键的逻辑位于此部分，通过`scan_key`的值，使用`case`语句决定输出的音调（由`count_end`控制），以及LED显示的行和列及显示数据`dataout`。 - **蜂鸣器控制**：根据`count`和`count_end`的关系，控制蜂鸣器`beep_r`的状态，当`count`达到`count_end`时，切换蜂鸣器的状态，并重置`count`，以进行下一次音调播放。 3. **实现细节**： - 扫描按键的设计涉及定期改变行线电平，当某列的所有行线都被检查过，就能确定哪个按键被按下，因为只有按下按键的交叉点处会形成低电平。 - 音调的确定是通过解析`scan_key`来完成的，每个键对应一个特定的音调，根据按键的位置和定义的音阶映射。 - LED显示部分通过`led_row`和`led_col`寄存器控制数码管的显示，以指示当前的音调位置。颜色编码（红灯-中音区，黄灯-高音区，绿灯-低音区）增加了用户体验，使得用户能直观地了解所处的音域。 4. **系统运行流程**： - 当用户按下键时，键盘扫描模块检测到按键，并通过`scan_key`传递给音调处理模块。 - 音调处理模块根据`scan_key`选择对应的音调，更新`count_end`以控制蜂鸣器的发声时间和音调。 - 同时，LED显示模块更新`led_row`和`led_col`以显示当前音调，`dataout`则驱动数码管显示音调数值。 - 蜂鸣器模块根据`count`和`count_end`的关系，控制蜂鸣器发出相应音调的音符。 这个FPGA设计实例展示了如何结合硬件描述语言（如VHDL或Verilog）来实现音乐合成和交互式控制，为学习FPGA设计和数字音频处理提供了实用的示例。