【入门学习二】基于 FPGA 使用 Verilog 实现蜂鸣器响动的代码及原理讲解 |
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【入门学习二】基于 FPGA 使用 Verilog 实现蜂鸣器响动的代码及原理讲解
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一、知识了解二、模块设计三、程序实现四、管脚配置及结果展示五、写给小白看的
上一篇博文：【入门学习一】基于 FPGA 使用 Verilog 实现按键点灯代码及原理讲解 功能描述：通过前面一篇学习的按键使用，本篇文章进一步使用按键，通过点击按键后，可以让蜂鸣器播放不同的曲子 一、知识了解PWM 技术控制蜂鸣器不同声响 所谓 PWM 就是脉冲宽度调制，本文通过变化输出的脉冲频率来使得蜂鸣器发出不同的音符声音。下表是每个音符所对应的频率及半周期。 音符对应频率（Hz）时钟周期数152395600258785150365975850469871600578463750688056800798850600 音符对应的时钟周期数越多，那么它的一个周期就越长，从下图可以看出来，音符从 1 到 7，它的一个周期逐次递减。 所以说，如何让蜂鸣器发声，只需要往蜂鸣器的管脚输出连续的高低变化电平即可。就拿我这个板子的蜂鸣器来说，图中有个 PNP 型三极管，当基极为高电平时截止，也就是高电平的发射极 Q7 无法导通到集电极使蜂鸣器发声，低电平时导通，此时高电平的发射极 Q7 可以导通到集电极使蜂鸣器发声。  要让蜂鸣器发出不同的声音，采用 PWM 原理改变基极的脉冲宽度即可，也就是前面提到的，不同音符的一个周期所对应不同宽度脉冲。
设置每个音符持续时长 当输出一个周期的脉冲给蜂鸣器，它肯定会响，但是有一点，一个周期的脉冲时长只有几百毫秒，我们能听到吗？当然听不到，所以需要不断地重复一个周期的脉冲，使它连续输出波形长达 1 s 或者 0.5 s，也就是一个音符的持续时长，那么我们就肯定能听到了。 这里我以音符 1 为基准，让它的一个周期重复 250 次，那么它总时长为
95600
×
250
=
23
,
900
,
000
95600×250=23,900,000
95600×250=23,900,000 个时序周期，其它的音符总时长也为
23
,
900
,
000
23,900,000
23,900,000 个时序周期，所以不难得出
每
个
音
符
的
重
复
次
数
=
23
,
900
,
000
该
音
符
一
个
周
期
时
序
数
每个音符的重复次数=\frac{23,900,000}{该音符一个周期时序数}\\
每个音符的重复次数=该音符一个周期时序数23,900,000音符1
=
23
,
900
,
000
95600
≈
250
（
次
）
= \frac{23,900,000}{95600}≈250（次）
=9560023,900,000≈250（次） 音符2
=
23
,
900
,
000
85150
≈
281
（
次
）
= \frac{23,900,000}{85150}≈281（次）
=8515023,900,000≈281（次） 音符3
=
23
,
900
,
000
75850
≈
315
（
次
）
= \frac{23,900,000}{75850}≈315（次）
=7585023,900,000≈315（次） 音符4
=
23
,
900
,
000
71600
≈
334
（
次
）
= \frac{23,900,000}{71600}≈334（次）
=7160023,900,000≈334（次） 音符5
=
23
,
900
,
000
63750
≈
375
（
次
）
= \frac{23,900,000}{63750}≈375（次）
=6375023,900,000≈375（次） 音符6
=
23
,
900
,
000
56800
≈
421
（
次
）
= \frac{23,900,000}{56800}≈421（次）
=5680023,900,000≈421（次） 音符7
=
23
,
900
,
000
50600
≈
472
（
次
）
= \frac{23,900,000}{50600}≈472（次）
=5060023,900,000≈472（次）
歌谱 歌谱如下： 
二、模块设计
由于程序比较简单，所以就只需要一个蜂鸣器 .v 文件即可，它也是顶层模块，再在其中引用按键模块。其中按键模块 key_debounce.v 在前一篇博文中已经贴出了，这里就不再重复贴出代码以及讲解了。 
三、程序实现
蜂鸣器模块 pwm_buzzer.v module pwm_buzzer( input clk , //时钟输入 input rst_n , //复位按键输入 input key_in , //按键输入 output reg buzzer //驱动蜂鸣器 ); wire press ; //线，连接按键标志信号 //引用按键模块 key_debounce u_key_debounce( .clk (clk ), .rst_n (rst_n ), .key (key_in ), .press (press ) ); //定义音符时序周期数 localparam M0 = 98800, M1 = 95600, M2 = 85150, M3 = 75850, M4 = 71600, M5 = 63750, M6 = 56800, M7 = 50600; //信号定义 reg [16:0] cnt0 ; //计数每个音符对应的时序周期 reg [10:0] cnt1 ; //计数每个音符重复次数 reg [5 :0] cnt2 ; //计数曲谱中音符个数 reg [16:0] pre_set ; //预装载值 wire [16:0] pre_div ; //占空比 reg [10:0] cishu ; //定义不同音符重复不同次数 wire [10:0] cishu_div ; //音符重复次数占空比 reg flag ; //歌曲种类标志：0小星星，1两只老虎 reg [5 :0] YINFU ; //定义曲谱中音符个数 //歌曲种类标志位 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin flag |
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