随着电子技术发展，电子电路的形式趋向复杂化，面对这一状况，人们已经清醒地认识到，要分析和设计复杂的电子系统人工的方法已不适用。依靠传统的实验教学已远不能满足社会对高新技术人才的培养需要。本文就一个综合性的实例“音乐播放控制电路”的设计过程具体说明了FPGA在电子电路设计中所起的作用。
1总体方案的设计
设计一个具有3个八度音程的电子音乐自动循环播放电路，具体曲目可以由设计者自由编辑，以简谱的二进制编码形式存放在ROM的数据文件中。
设计要求如下：
(1)采用5位二进制码表示音高信息，曲谱码存储器的地址由时值计数器控制，计数频率按乐曲的演奏速度选择，每个脉冲周期是所选曲谱中最短音符的时值。存储器在时值计数脉冲作用下顺序输出音高码控制分频器。
(2)采用20Hz～20kHz的音频脉冲信号控制蜂鸣器，可以使其根据控制信号频率发出不同的音调。
2设计任务分析
2.1音高编码和分频控制
计数器模值控制的方法很多，改变预置数控制模值是比较简单的一种。分频计数器的预置数与分频率和计数方式、预置方式有关。当采用减计数器、并以计数器的溢出信号(CarryOut)实现异步预置控制时，计数器的模(分频率)等于预置数。比如，当计数脉冲频率为10MHz时，若希望产生音高“5”，并考虑占空比整形的二分频作用，分频系数(计数器的模)应该是3188.9，四舍五入后的计数器预置数应该是3189。其溢出信号的频率为3135.8Hz，控制蜂鸣器的信号频率为1567.9Hz，满足音高频率要求。若采用同步预置方式，则计数器的预置数应该是模减1，为3188。由于计数器的溢出信号可能出现冒险干扰，采用同步预置的方法比较安全。
分析表1可见，表中3个不同音程相同音名(同一行)的信号频率都相差一倍。
即音程升、降8度时，频率增加或减小一倍。所以，若分频计数器的计数脉冲频率降低一倍时，蜂鸣器发出的音调降低8度。比如，当分频率仍为3189，但计数脉冲频率为5MHz时，控制蜂鸣器的信号频率为784Hz，为中音“5”。
因此若采用模值和输入脉冲频率都可控的计数器实现信号分频，可根据音程码选择分频计数器的输入脉冲频率fs、根据音名码控制分频计数器的模值N，如图2所示。
这样，分频系数表只需考虑7个音高。由于计数脉冲只能分频降低，所以表中应该存储高音程7个不同音名对应的计数器预置值，其他两个音程可通过降低分频计数器的脉冲频率实现。
3个8度音程的21个音高至少需要5位二进制码表示。为了控制方便，考虑将音名和音程分别编码：7个音名和休止符采用3位二进制码表示，控制分频器计数器的预置数实现模值N修改;3个音程用2位二进制码表示，控制分频器的计数脉冲频率fs。
2.2音长控制
2.3音强控制
2.4乐曲的循环播放控制
为了实现乐曲的循环播放，应该在乐曲结束时使曲谱表的查表地址回到初始值。可在曲谱表的最后一个单元中存放一个结束符，结束符的编码可以利用音程码的冗余码。电路采用逻辑门对音程码进行判断，当出现结束符码时控制时值计数器复位，乐曲重新开始演奏。
2.5曲谱编码举例
设音符的6位二进制编码中，最高位为间断音控制，中间2位为音程码，最低3位为音名码。每个8分音存放于1个存储单元，四分音符码占2个存储单元。若音名码用其简谱数符对应的二进制码表示，而低、中、高三个音程分别用"01”，“00"，“10”三组码表示，“11”为结束符码，则图3曲谱码存储表如表2所示。表中6位二进制音符码用2位八进制数表示。
3电路的实现
根据设计电路原理框图，曲谱码以分频数编码，音高信号分频由一个可预置的模N计数器实现。分频系数表和曲谱表都存储在ROM中。若希望控制蜂鸣器的信号占空比为50%，分频器的输出信号采用二分频电路实现占空比整形，但注意信号频率被降低一半。电路原理框图中M分频器的作用是产生合适的时值计数脉冲频率。电路的顶层原理图如图4所示。