【FPGA】五、蜂鸣器播放音乐_vhdl蜂鸣器播放音乐

作者：秋刀鱼在做梦 | 2024-06-25 15:05:18

踩

vhdl蜂鸣器播放音乐

文章目录

前言

蜂鸣器（Buzzer）是现代常用的一种电子发声器，主要用于产生声音信号。它是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，被广泛用于计算机、报警器、电子玩具、定时器等一些列电子产品中。

一、蜂鸣器简介

蜂鸣器按照其驱动方式不同主要分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，两者的主要区别为蜂鸣器内部是否还有振荡源。一般有源蜂鸣器内部自带振荡源，通电就会发声，而无源蜂鸣器内部不含振荡源，需要外接振荡信号才能发声。

相较于有源蜂鸣器，无源蜂鸣器的成本较低，而我们FPGA开发板上的蜂鸣器一般都是无源蜂鸣器，需要我们对其进行编程配置，我们利用不同的频率变化，控制蜂鸣器发出不同音调的声音。

二、音频音符简介

我们是通过不同的频率去控制蜂鸣器的音调变化的，所以我们想要使蜂鸣器播放音乐，首先我们要直到不同音符所对应的频率，下面是低、中、高音下不同音符的频率对应表：

根据上图可以计算出不同音符振动的周期，我所采用的Cyclong IV开发板上的晶振时钟为50MHZ，每一个周期就是20ns。那么每个音调的分频系数为：50 000 000 / 音调频率（可四舍五入）。

三、任务要求

本次设计的要求就是利用FPGA开发板上的无源蜂鸣器，通过不同振动频率播放歌曲两只老虎。

四、程序设计

1、设计思路

① 首先我们需要计算出每个不同的音符对应的分频系数，由此产生不同的音调，我们需要设计一个分频计数器，来计数当前发出音调的分频系数。

② 然后我们需要一个节拍计数器，我们定义为半拍300ms，一拍500ms。

③ 利用组合逻辑case语句进行设计，将需要的节拍和要发出的音调写入case语句中。

2、程序代码


/*========================================*
    filename    : beep_music.v
    description : 无源蜂鸣器播放音乐实验
    time        : 2022-11-010 
    author      : 卡夫卡与海
*========================================*/
 
module beep_music(
    input          clk     ,//系统时钟 50MHZ
    input          rst_n   ,//系统复位
 
    output  reg    beep     //蜂鸣器控制信号
);
//参数定义
//每个音符震动一次所占用的时钟周期
//低音
parameter   MIN_DO = 18'd190800,//(50_000_000/262)
            MIN_RE = 18'd170050,//(50_000_000/294)
            MIN_MI = 18'd151500,//(50_000_000/330)
            MIN_FA = 18'd143250,//(50_000_000/349)
            MIN_SO = 18'd127550,//(50_000_000/392)
            MIN_LA = 18'd113600,//(50_000_000/440)
            MIN_XI = 18'd101200;//(50_000_000/494)
//中音
parameter   MID_DO = 17'd95600,//(50_000_000/523)
            MID_RE = 17'd85150,//(50_000_000/587)
            MID_MI = 17'd75850,//(50_000_000/659)
            MID_FA = 17'd71600,//(50_000_000/698)
            MID_SO = 17'd63750,//(50_000_000/784)
            MID_LA = 17'd56800,//(50_000_000/880)
            MID_XI = 17'd50600;//(50_000_000/988)
//高音
parameter   MAX_DO = 16'd47755,//(50_000_000/1047)
            MAX_RE = 16'd42553,//(50_000_000/1175)
            MAX_MI = 16'd37907,//(50_000_000/1319)
            MAX_FA = 16'd35790,//(50_000_000/1397)
            MAX_SO = 16'd31887,//(50_000_000/1568)
            MAX_LA = 16'd28409,//(50_000_000/1760)
            MAX_XI = 16'd25419;//(50_000_000/1967)
parameter   TIME_300ms = 24'd14_999_999,//300ms,半拍
            TIME_500ms = 25'd24_999_999;//500ms,一拍
parameter   NOTE_NUM = 6'd33;//音符个数  34个
 
//信号定义
reg    [24:0]    cnt_delay   ;//300ms或500ms计数器
reg    [5:0]     cnt_note    ;//音符计数器
reg    [18:0]    cnt_freq    ;//音符播放计数器
reg    [18:0]    freq_data   ;//音符数据寄存器
 
wire   [17:0]    duty_data   ;//占空比
wire             end_note    ;//单个音符播放结束标志
wire             end_flag    ;//所有音符结束标志
 
reg    [24:0]    cnt_delay_r ;
 
reg              flag        ;//蜂鸣器输出标志
 
//300ms计数器  cnt_delay 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt_delay <= 25'd0;
    end
    else if(cnt_delay == cnt_delay_r)begin
        cnt_delay <= 25'd0;
    end
    else begin
        cnt_delay <= cnt_delay + 1'b1;
    end
end
//音符计数器  cnt_note
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt_note <= 6'd0;
    end
    else if(end_flag)begin
        cnt_note <= 6'd0;
    end
    else if(cnt_delay == cnt_delay_r)begin
        cnt_note <= cnt_note + 1'b1;
    end
    else begin
        cnt_note <= cnt_note;
    end
end
 
//所有音符结束标志 end_flag
assign end_flag = cnt_note == NOTE_NUM && cnt_delay == cnt_delay_r;
 
//单个音符振动周期 cnt_freq
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt_freq <= 19'd1;
    end
    else if(end_note)begin
        cnt_freq <= 19'd1;
    end
    else begin
        cnt_freq <= cnt_freq + 1'b1;
    end
end
//单个音符结束标志 end_note
assign end_note = (cnt_freq == freq_data);
//音符数据选择 freq_data 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        freq_data <= MAX_DO;
    end
    else begin
        case(cnt_note)
            6'd0:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd1:begin
                freq_data <= MID_RE;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd2:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd3:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd4:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd5:begin
                freq_data <= MID_RE;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd6:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd7:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd8:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd9:begin
                freq_data <= MID_FA;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd10:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd11:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd12:begin
                freq_data <= MID_FA;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd13:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd14:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd15:begin
                freq_data <= MID_LA;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd16:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd17:begin
                freq_data <= MID_FA;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd18:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd19:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd20:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd21:begin
                freq_data <= MID_LA;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd22:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd23:begin
                freq_data <= MID_FA;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd24:begin
                freq_data <= MID_MI;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd25:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
            6'd26:begin
                freq_data <= MID_RE;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd27:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd28:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd29:begin
                freq_data <= 1'b0;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd30:begin
                freq_data <= MID_RE;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd31:begin
                freq_data <= MID_SO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd32:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            6'd33:begin
                freq_data <= 1'b0;
                cnt_delay_r <= TIME_500ms;
            end
            default:begin
                freq_data <= MID_DO;
                cnt_delay_r <= TIME_300ms;
            end
        endcase
    end
end
//占空比 duty_data 
assign duty_data = freq_data >> 3;//移位越多，占空比越高
// flag
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        flag <= 1'b0;
    end
    else begin
        flag <= (cnt_freq >= duty_data) ? 1'b1 : 1'b0;
    end
end
 
//输出 beep 
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        beep <= 1'b0;
    end
    else if(flag)begin
        beep <= 1'b1;
    end
    else begin
        beep <= 1'b0;
    end
end
endmodule

总结

这个原理还是挺简单的，如果感兴趣的话还可以尝试这去写更复杂的音乐，但是这个蜂鸣器的声音真正不是很友好，如果能加一个音频转换器效果应该会好很多。

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/秋刀鱼在做梦/article/detail/756589