STEP模块——电子琴

电子琴原理

什么是声音？上过初中的朋友都知道声音是由震动所产生的。一定频率的震动就产生了一定频率的声音。

理论研究第一步，让喇叭发出do re mi fa sol la si的音，我们先不管do的频率是不是261hz，更重要的是我们必须知道，每个音之间的频率关系，初中老师说，do re mi这三个音相邻两个音是全音关系，mi 和 fa 是半音关系，fa sol la si 这四个音相邻两个音也是全音关系。全音关系意味着振动频率关系为2的开六次方，即1.12246，半音关系意味着频率关系为2的开16次方，即1.05946。什么意思呢？比如do为261hz，那么re 为261*1.12246＝293hz，以此类推，mi为293*1.12246＝329hz，fa和mi成半音关系，则fa为329*1.05946＝348hz。这样算下去，可以得到所有音的频率了。

原理设计

通过产生脉冲信号驱动无源蜂鸣器来产生相应频率的声音，7个按键对应do re mi fa sol la si的音，蜂鸣器由三极管驱动

如图，按键需要加上拉电阻（由于FPGA内部可以设置为上啦，所以没有外接 ）。蜂鸣器由三极管来驱动。使用小脚丫FPGA板

功能描述

模式一，通过按键来弹奏，同时按下do 和 si 键切换到自动播放模式

模式二，自动播放音乐，

verilog代码如下

 /*--------------------------------------------------------------------------------------
 -- Filename ﹕ piano.v
 -- Author ﹕tony-ning
 -- Description ﹕piano-based STEP PGGA board
 -- Called by ﹕--
 -- Revision History ﹕15-10-26
 -- Revision 1.0
 --
 ---------------------------------------------------------------------------------------*/

 module piano
 (
     input CLK,
     input [:]key,
     output reg beep
 );
 /*-------------------------------define  --------------------------------------*/
     parameter    dao    ='b1111110;        //261hz    countmax 47892
     parameter    ruai='b1111101;        //293hz    countmax 42662
     parameter    mi    ='b1111011;        //329hz    countmax 37993
     parameter    fa    ='b1110111;        //349hz    countmax 35816
     parameter    suo    ='b1101111;        //392hz    countmax 31887
     parameter    la    ='b1011111;        //440hz    countmax 28409
     parameter    xi    ='b0111111;        //493hz    countmax 25354

     reg [:]sheet[:];

     initial
     begin
     sheet[]<= 'b1111110;
     sheet[]<= 'b1111110;
     sheet[]<= 'b1101111;
     sheet[]<= 'b1101111;
     sheet[]<= 'b1011111;
     sheet[]<= 'b1011111;
     sheet[]<= 'b1101111;
     sheet[]<= 'b1111111;
     sheet[]<= 'b1110111;
     sheet[]<= 'b1110111;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=ruai;
     sheet[]<=ruai;
     sheet[]<=dao;
     sheet[]<='b1111111;
     sheet[]<='b1101111;
     sheet[]<='b1101111;
     sheet[]<='b1110111;
     sheet[]<='b1110111;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=ruai;
     sheet[]<='b1111111;
     sheet[]<='b1101111;
     sheet[]<='b1101111;
     sheet[]<='b1110111;
     sheet[]<='b1110111;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=mi;
     sheet[]<=dao;
     sheet[]<='b1111111;
     end
 /*-------------------------------use internal osc--------------------------------------
     // Internal Oscillator
      defparam OSCH_inst.NOM_FREQ = "2.08";// This is the default frequency
     //defparam OSCH_inst.NOM_FREQ = "24.18";
     OSCH OSCH_inst( .STDBY(1'b0), // 0=Enabled, 1=Disabled
     // also Disabled with Bandgap=OFF
     .OSC(osc_clk),
     .SEDSTDBY()); // this signal is not required if not
     // using SED

 -------------------------------piano --------------------------------------*/
     reg [:]rcount=,countmax,mcount;
     reg run,state=;
     reg [:]num=;
     reg [:]rsheet;
     always@(posedge CLK)
         case(state)
         :    begin
                 case(key)
                 dao    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end    //set the max count
                 ruai:    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                 mi    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                 fa    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                 suo    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                 la    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=;  end
                 xi    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=;  end
                 default : run<=;
                 endcase

                 if(rcount==countmax && run)            //produce the frequency
                     begin
                     rcount<=;
                     beep<=~beep;
                     end
                 else rcount<=rcount+;

                 if(key=='b0111110)                //push dao and xi keys will play the pre sound
                     state<=;

             end

         :    begin
                 if(mcount==12_500_000)            //meter produce
                     begin
                         mcount<=;
                         if(num==)
                             num<=;
                         else num<=num+;
                         rsheet<=sheet[num];
                     end
                 else mcount<=mcount+;

                 case(rsheet)
                    dao    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end    //set the max count
                    ruai :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                    mi    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                    fa    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                    suo    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=; end
                    la    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=;  end
                    xi    :    begin countmax<=; run<=; if(countmax >)rcount<=;  end
                 default : run<=;
                 endcase

                 if((rcount==countmax) && run)            //produce the frequency
                     begin
                     rcount<=;
                     beep<=~beep;
                     end
                 else rcount<=rcount+;

                 if(key=='b0111101)                //push dao and la keys will back to make music
                     state<=;

             end
         endcase

 endmodule
     

piano.v

PCB

实物图