文章目录
- 前言
- 一、蜂鸣器
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- 1.蜂鸣器简介：
- 2.有源蜂鸣器：
- 3.无源蜂鸣器：
- 二、简谱常识
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- 1.音符时值：
- 2.简谱名：
- 3.简谱名频率：
- 三、程序设计
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- 1.调用ROM IP每个简谱名的播放时间：
- 2.编写频率计数值选择代码ROM IP核存储对应的选择值：
- 3.PWM产生：
- 4.ROM更改存储器地址：
- 四、整体代码：
- 五、遇到的问题：
- 总结
前言
蜂鸣器是我们常用的电子元件。本文使用无源蜂鸣器播放音乐《花海》
一、蜂鸣器
1.蜂鸣器简介：
蜂鸣器根据是否有信号源分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器配备集成电路，不需要音频驱动电路只需连接直流电源即可直接发出声音。 
2.有源蜂鸣器：
内部有自己的冲击源，只需添加适当的直流电源，程序控制相对简单，通常用于报警、提示等，但由于声音固定，音乐播放无法实现。
3.无源蜂鸣器：
与有源蜂鸣器相比，无源蜂鸣器成本更低，声频可控，需要输入PWM方波可以通过改变驱动它的声音PWM波的频率可以改变不同的音调；通过改变PWM波的空比可以改变声音的大小，所以我们只需要产生不同的频率和空比PWM驱动无源蜂鸣器的方波可以使无源蜂鸣器发出不同的音调。
二、简谱常识
作为一个只会唱歌，不会看乐谱的资深音乐白痴，我浪费了对乐谱的理解。问了几个人，才明白具体原理:
1.音符时值：
4/4拍是指按四分音符一拍，每节四拍。我们按照一拍时间计算一秒，半拍是1/2秒，四分之一拍是1/4秒。如果在音符后面加一个圆点，时间值将延长自身时间的一半。
2.简谱名：
中音就是我们常见的Do,Re,Mi,Fa,Sol,La,Si，下面加一点低音，加两点超低音，加一点高音，加两点超高音验只编码低、中、高、超高音（因为我找到了现成的频率计值，所以没有编码超低音，想要更完整的可以自己搜索）
3.简谱名频率：
由于声音频率不同，每个音调的高度如下。以下是每个简谱名对应的频率。播放简谱名时，只需将相应频率转换为蜂鸣器。
三、程序设计
1.调用ROM IP每个简谱名的播放时间：
我们把一秒分成八部分，这样一拍就是个数，这是八分之一秒的计数值，这样我们就可以得到每个简谱名对应的计数值: time_cycle<=time_music(CLK_FRE1000000/8)** 我们在ROM存储在里面的数据是每个简谱名对应的拍数。 ROM选择单口，位宽8位，深度256位(可根据存储的简谱长度进行适当调整)。这里有一些关于花海的简谱时间 可以看出，我们储存了112(0~111)我们正在调用一个简谱名。ROM注意address也就是说，地址的长度必须大于111，否则歌曲可能能会结束。
2.编写频率计数值选择代码ROM IP核存储对应的选择值：
频率计数值选择代码：
module hz( input wire [7:0]hz_sel, output reg [19:0]cycle ); parameter CLK_FRE = 50 ; always @(*) begin case(hz_sel) 8'h01 : cycle <= CLK_FRE*1000000/261 ; //low 1 261Hz 8'h02 : cycle <= CLK_FRE*1000000/293 ; //low 2 293Hz 8'h03 : cycle <= CLK_FRE*1000000/329 ; //low 3 329Hz 8'h04 span class="token operator">: cycle <= CLK_FRE*1000000/349 ; //low 4 349Hz
8'h05 : cycle <= CLK_FRE*1000000/392 ; //low 5 392Hz
8'h06 : cycle <= CLK_FRE*1000000/440 ; //low 6 440Hz
8'h07 : cycle <= CLK_FRE*1000000/499 ; //low 7 499Hz
8'h11 : cycle <= CLK_FRE*1000000/523 ; //middle 1 523Hz
8'h12 : cycle <= CLK_FRE*1000000/587 ; //middle 2 587Hz
8'h13 : cycle <= CLK_FRE*1000000/659 ; //middle 3 659Hz
8'h14 : cycle <= CLK_FRE*1000000/698 ; //middle 4 698Hz
8'h15 : cycle <= CLK_FRE*1000000/784 ; //middle 5 784Hz
8'h16 : cycle <= CLK_FRE*1000000/880 ; //middle 6 880Hz
8'h17 : cycle <= CLK_FRE*1000000/998 ; //middle 7 998Hz
8'h21 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1046 ; //high 1 1046Hz
8'h22 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1174 ; //high 2 1174Hz
8'h23 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1318 ; //high 3 1318Hz
8'h24 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1396 ; //high 4 1396Hz
8'h25 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1568 ; //high 5 1568Hz
8'h26 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1760 ; //high 6 1760Hz
8'h27 : cycle <= CLK_FRE*1000000/1976 ; //high 7 1976Hz
8'h31 : cycle <= CLK_FRE*1000000/2093 ; //super high 1 2093Hz
8'h32 : cycle <= CLK_FRE*1000000/2349 ; //super high 2 2349Hz
8'h33 : cycle <= CLK_FRE*1000000/2637 ; //super high 3 2637Hz
8'h34 : cycle <= CLK_FRE*1000000/2794 ; //super high 4 2794Hz
8'h35 : cycle <= CLK_FRE*1000000/3136 ; //super high 5 3136Hz
8'h36 : cycle <= CLK_FRE*1000000/3520 ; //super high 6 3520Hz
8'h37 : cycle <= CLK_FRE*1000000/3951 ; //super high 7 3951Hz
default:cycle<=20'd0;
endcase
end
endmodule
低音对应的选择值为1-7，中音为11-17，高音为21-27，超高音为31-37。我们在使用ROM进行储存时只需要储存简谱名对应的选择值即可。 ROM选用单口，位宽8位，深度256即可（可根据储存的简谱长度来做适当调整）。这里给出《花海》的一些简谱频率计数值
3.PWM产生：
如何控制PWM方波的产生呢？ 首先是PWM频率： 我们需要定义一个频率计数器：cnt_cycle，计数时长为频率计数值，即为我们上面频率选择模块中的cycle，在播放一个频谱名时，计数器记满频率计数值或者本次频谱名播放时间结束，计数器清零。 然后是PWM占空比： 我们需要定义一个PWM占空比数值：duty_data，当占空比为50%时，duty_data=cycle/2，通过调节占空比大小，可以调节声音大小，因为我的蜂鸣器声音有点大，所以我把占空比调到了25%。在频率计数器计数值小于duty_data时，输出到蜂鸣器为0，大于时为1。
//频率计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
cnt_cycle<=1'b0;
else if(cnt_cycle==cycle || cnt==time_cycle)
cnt_cycle<=1'b0;
else
cnt_cycle<=cnt_cycle+1'b1;
//占空比
assign duty_data=cycle/4;
//蜂鸣器输出PWM
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
beep=1'b0;
else if(cnt_cycle>=duty_data)
beep=1'b1;
else
beep=1'b0;
4.ROM存储器地址改变：
每计数完成一个频谱名的时间，地址加一。
//频率rom计数器加一
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
address<=1'b0;
else if(address==8'd111 && cnt==time_cycle)
address<=1'b0;
else if(cnt==time_cycle)
address<=address+1'b1;
四、整体代码：
RTL代码：
module beep_music(
input wire clk,
input wire rst_n,
output reg beep
);
parameter CLK_FRE = 50 ;
reg [31:0]cnt;
wire [19:0]duty_data;
reg [7:0]address;
wire [7:0]time_music;
reg [31:0]time_cycle;
wire [7:0]hz_sel;
wire [19:0]cycle;
reg [19:0]cnt_cycle;
time_music time_music0(
.address(address),
.clock(clk),
.q(time_music)
);
hz_sel hz_sel0(
.address(address),
.clock(clk),
.q(hz_sel)
);
hz hz0(
.hz_sel(hz_sel),
.cycle(cycle)
);
//单个音符时间计数值
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
time_cycle<=32'd0;
else
time_cycle<=time_music*(CLK_FRE*1000000/8) ;
//计时器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
cnt<=1'b0;
else if(cnt==time_cycle)
cnt<=1'b0;
else
cnt<=cnt+1'b1;
//频率rom计数器加一
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
address<=1'b0;
else if(address==8'd111 && cnt==time_cycle)
address<=1'b0;
else if(cnt==time_cycle)
address<=address+1'b1;
//频率计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
cnt_cycle<=1'b0;
else if(cnt_cycle==cycle || cnt==time_cycle)
cnt_cycle<=1'b0;
else
cnt_cycle<=cnt_cycle+1'b1;
//占空比
assign duty_data=cycle/4;
//蜂鸣器输出PWM
always @(posedge clk or negedge rst_n)
if(!rst_n)
beep=1'b0;
else if(cnt_cycle>=duty_data)
beep=1'b1;
else
beep=1'b0;
endmodule
仿真测试模块：
`timescale 1ns/1ns
`define clk_period 20
module beep_music_tb;
reg clk;
reg rst_n;
wire beep;
beep_music beep_music(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.beep(beep)
);
initial clk=1'b1;
always #(`clk_period/2) clk=~clk;
initial begin
rst_n=1'b0;
#(`clk_period*20+1);
rst_n=1'b1;
#(`clk_period*100000000);
$stop;
end
endmodule
这个程序的仿真需要改变一些计数值来进行，否则运行时间过长，无法观察到有效波形，因此就不在此贴出仿真波形图了，想进行仿真的可以自行修改计数时长来观察仿真。
五、遇到的问题：
这个代码不算长也不难，但是我却调试了很久才正确播放，有几个细节问题导致了错误，希望对你有用： 1.设置寄存器的长度：cycle这个数值的长度不对是我一开始无法正确播放音乐的原因，因为长度不够，所以频率截止了，导致每个音都是同样的音调。 2.ROM调用时的地址长度，如果选小了就会一句音乐循环播放了。
总结
写完代码就可以上板听音乐了，但蜂鸣器的声音着实是不太好听，可以学着用扬声器（喇叭）来进行播放，音质会好很多。