基于Verilog语言的简易电子琴设计在数字电子技术实习中的应用

简介：
本项目采用Verilog语言设计了一个简易电子琴系统，并应用于《数字电子技术》课程实习中。学生通过硬件描述语言实现音符生成，增强了对数字逻辑电路的理解和实践能力。 ### 基于Verilog HDL语言的简易电子琴设计 #### 实验目的 1. 掌握Verilog HDL语言的基础应用：通过本实验，学生将熟悉Verilog HDL语言的基本语法及其在数字电路设计中的应用。 2. 学会使用Quartus II 7.0软件：通过实际操作，熟练掌握Quartus II 7.0软件的基本功能，包括项目创建、代码编写、编译、仿真以及硬件下载等。 3. 理论与实践相结合：通过设计并实现简易电子琴，加深对数字电子技术基础理论的理解。 #### 设计题目 设计一款基于Verilog HDL语言的简易电子琴。 #### 题目要求 1. 基本功能：按下S1至S7按键时，分别发出“哆来咪发唆啦西”的音乐声。 2. 高八度功能：当按下S8并配合S1至S7中的任一键时，发出相应高八度的音乐声。 3. 按键消抖处理：确保在任何情况下都能准确识别按键状态，避免误操作。 4. 外部输入脉冲信号：频率为1MHz。 5. 扩展要求：增加低八度功能，并实现一段音乐的自动播放。 #### 设计原理 - 音调产生原理：音调的高低由振动频率决定。频率越高，音调越高；反之亦然。本设计中，“哆”对应频率为523Hz，“来”为587Hz，“咪”为659Hz，“发”为698Hz，“唆”为784Hz，“啦”为880Hz，“西”为998Hz。 - 低八度音：基本音的频率除以2，如低音1的频率为261.5Hz。 - 高八度音：基本音的频率乘以2，如高音1的频率为1046Hz。 - 频率产生的方法：通过分频器对给定的时钟脉冲进行分频，从而得到所需的不同频率。 - 按键消抖原理：为了消除因机械原因引起的按键抖动，采用软件方法进行延迟处理。当检测到按键状态变化时，延迟一段时间（通常为10ms左右）后再确认是否真正触发了按键动作。 #### 管脚对应表 虽然原文中没有给出具体的管脚对应表，但在设计过程中，需要根据所使用的开发板的实际情况进行定义。一般情况下，输入信号可能包括： - 时钟信号(`clk`)：用于系统时钟同步。 - 复位信号(`rst`)：用于复位整个系统。 - 按键信号(S1-S8)：用于识别用户输入。 - 输出信号： - `out`：用于连接扬声器或蜂鸣器以发出声音。 - 其他控制信号等。 #### 实验过程 1. 设计按键防抖模块 - 程序设计：通过状态机的方法实现按键的消抖处理。该模块监测输入信号的变化，并在检测到变化后延迟一定的时间（通常为10ms左右），以判断按键是否真的被按下或释放。 - 仿真验证：通过对程序进行仿真测试，验证按键消抖功能的有效性。 2. 按键识别模块设计 - 程序设计：设计一个模块用于识别来自S1至S8的输入信号，并根据输入信号的组合确定需要发出的声音。 - 仿真验证：通过仿真实验，验证按键识别模块的功能。 通过以上步骤，可以完成简易电子琴的设计，并实现基本的功能要求。此外，还可以进一步拓展功能，比如添加自动播放音乐的功能，使电子琴更加完善和有趣。