FPGA电子琴设计：顶层模块与自动演奏实现

本教程主要讲解如何利用FPGA技术设计一个具备自动演奏功能的八音电子琴。设计涵盖了从顶层模块设计到各个关键子模块的实现，包括自动演奏模块、音调发生器和数控分频模块。 在【顶层设计原理图】中，电子琴的架构被划分为三个主要部分：顶层模块、自动演奏模块(automusic)、音调发生器(tone)以及数控分频模块(speaker)。顶层模块整合了所有功能，包括用户通过键盘输入控制音响或选择自动播放存储的乐曲。自动演奏模块用于存储并播放用户自定义的乐曲，通过8位二进制数控制音调，包含两个进程，分别处理时基脉冲分频和音乐存储。音调发生器根据8位发声控制输入index生成不同音阶的分频预置值，这些值被数控分频模块用以产生对应的音频频率。 在【8.18电子琴设计】部分，设计要求包括创建一个八音电子琴，能够接受键盘输入并能自动演奏存储的乐曲。系统由数控分频器和乐曲存储模块构成，前者负责将FPGA的基准频率分频，后者则存储乐曲曲谱，并通过计数器控制输出，以产生节拍和音阶选择信号。 在【模块设计】中，详细阐述了四个关键模块的工作原理： 1. 顶层模块是整个系统的核心，它连接了自动演奏模块、音调发生器和数控分频器。自动演奏/键盘输入的切换功能由auto信号控制。 2. 自动演奏模块存储乐曲并根据auto信号自动播放。它通过一个4Hz的时钟信号控制音阶之间的停顿时间，实现音乐的流畅播放。 3. 音调发生器生成音阶的分频预置值，当index的某位为高电平时，对应的音阶频率会被输出，同时提供音阶简谱的显示数码和音阶高低八度的指示。 4. 数控分频模块接收来自音调发生器的分频预置值，对4MHz的时基脉冲进行分频，产生对应音阶的音频频率，支持1至7的音阶播放。 这个FPGA电子琴设计教程详细介绍了如何利用数字逻辑设计一个功能完备的音乐设备，包括乐曲的存储、自动播放和音调生成等关键功能，展示了FPGA在音频处理领域的应用潜力。通过学习和实践，开发者可以深入了解FPGA在电子乐器设计中的工作原理，并掌握相关的设计技巧。