设计一个简易电子琴，具备手动弹奏功能。•设计要求： 至少7个琴键，分别对应7个音阶。通过琴键输入来手动弹奏乐曲，并通过数码管显示当前的音节，顶层模块完成各模块例化，和模块之间的数据传递。使用quartus || 软件 写出各个模块详细代码，FPGA实验

设计一个简易电子琴可以通过多个模块来实现，主要包括键盘扫描模块、音调生成模块、数码管显示模块和顶层模块。以下是各个模块的详细设计和代码。 ### 1. 键盘扫描模块 键盘扫描模块用于检测按键输入。我们假设使用7个按键分别对应7个音阶。 ```c // keyboard_scan.v module keyboard_scan ( input clk, input [6:0] key_in, output reg [2:0] key_out ); always @(posedge clk) begin if (key_in[0] == 1'b0) key_out <= 3'd0; else if (key_in[1] == 1'b0) key_out <= 3'd1; else if (key_in[2] == 1'b0) key_out <= 3'd2; else if (key_in[3] == 1'b0) key_out <= 3'd3; else if (key_in[4] == 1'b0) key_out <= 3'd4; else if (key_in[5] == 1'b0) key_out <= 3'd5; else if (key_in[6] == 1'b0) key_out <= 3'd6; else key_out <= key_out; end endmodule ``` ### 2. 音调生成模块 音调生成模块根据输入的音阶生成相应的音调信号。 ```c // tone_generator.v module tone_generator ( input clk, input [2:0] key, output reg audio_out ); reg [24:0] counter; reg [24:0] frequency; always @(posedge clk) begin counter <= counter + 1; if (counter >= frequency) begin counter <= 0; audio_out <= ~audio_out; end end always @(*) begin case (key) 3'd0: frequency = 25000000 / 261; // C 3'd1: frequency = 25000000 / 294; // D 3'd2: frequency = 25000000 / 329; // E 3'd3: frequency = 25000000 / 349; // F 3'd4: frequency = 25000000 / 392; // G 3'd5: frequency = 25000000 / 440; // A 3'd6: frequency = 25000000 / 494; // B default: frequency = 25000000 / 261; // C endcase end endmodule ``` ### 3. 数码管显示模块 数码管显示模块用于显示当前音阶。 ```c // seven_segment_display.v module seven_segment_display ( input clk, input [2:0] key, output reg [6:0] seg_out ); always @(posedge clk) begin case (key) 3'd0: seg_out = 7'b1000000; // C 3'd1: seg_out = 7'b1111001; // D 3'd2: seg_out = 7'b0100100; // E 3'd3: seg_out = 7'b0110000; // F 3'd4: seg_out = 7'b0011001; // G 3'd5: seg_out = 7'b0010010; // A 3'd6: seg_out = 7'b0000010; // B default: seg_out = 7'b1000000; // C endcase end endmodule ``` ### 4. 顶层模块 顶层模块用于例化各个模块，并传递数据。 ```c // top_module.v module top_module ( input clk, input [6:0] key_in, output [6:0] seg_out, output audio_out ); wire [2:0] key_out; keyboard_scan ks ( .clk(clk), .key_in(key_in), .key_out(key_out) ); tone_generator tg ( .clk(clk), .key(key_out), .audio_out(audio_out) ); seven_segment_display ssd ( .clk(clk), .key(key_out), .seg_out(seg_out) ); endmodule ``` ### 解释 1. **键盘扫描模块**：检测按键输入，并输出对应的音阶。 2. **音调生成模块**：根据输入的音阶生成相应的音调信号。 3. **数码管显示模块**：显示当前音阶。 4. **顶层模块**：例化各个模块，并传递数据。