由于乐谱是固定的不需要更改
发布时间:2019-01-05 12:48

  蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、等电子产品中作发声器件。在一般设计中,可利用蜂鸣器检测有些按键是否按下,或者有些功能是否正常等,当然如果足够浪漫,也可以让蜂鸣器演奏音乐。

  本设计使用的是无源蜂鸣器,也可称为声响器,原理电路图如下所示。它没有内部驱动电路,无源蜂鸣器工作的理想信号为方波,如果给直流,蜂鸣器是不响应的,因为磁路恒定,钼片不能震动发音。

  根据电路图可知,由于FPGA的驱动能力不够,这里增加了一个三极管来驱动这个无源蜂鸣器。在驱动时,只需要向蜂鸣器发送一定频率的方波,就可以使蜂鸣器发声。那么应该发送怎样的频率呢?具体则可参考下表(音节频率表):

  乐曲能连续演奏所需要的两个基本数据是:组成乐曲的每个音符的频率值(音调)和每个音符持续的时间(音长)。因此只要控制FPGA输出到蜂鸣器的激励信号频率的高低和持续时间,就可以使蜂鸣器发出连续的乐曲声。

  在本设计中,由于至芯开发板的晶振为50MHz,所以我们需要一个一个分频模块(PLL)产生一个较低的基准频率(1MHz)。还需要一个空间储存乐谱,由于乐谱是固定的不需要更改,所以我们选择ROMIP 核进行存储。

  基准频率1MHz可分频得到所有不同频率的信号。最大的分频比为1_000_000/262/2。既然是音乐,那么就需要节拍,一般采用4拍,即音长为0.25s,所以还需设计一个模块,控制每0.25s,ROM地址加1,。如果需要发送一个低音1并维持1秒,则只需要在ROM的连续四个地址中写入低音1的对应信息即可。

  在设计中为了方便在ROM中储存数据,这里数据格式为8’hAB,其中A暂时为三个值1、2、4,分别表示低音、中音、高音。B暂时为七个值1、2、3、4、5、6、7。比如要产生一个低音1,只需在ROM中存储8’h11,如要产生一个高音7,只需在ROM中存储8’h47,以此类推即可。这时,就需要一个解码模块,将ROM中的数据还原成音乐发生器所需要的数据。

  本设计包括6个模块,PLL模块把50MHz的时钟信号降到1MHz,rom模块存储音乐数据,time_counter是一个计数模块,产生节拍,每到0.25s,输出的TIme_finsh变为一个周期的高电平。并发送给addr_gen模块,产生addr,让rom输出下一个地址的数据。rom输出的数据rom_data输入到decode解码模块,将解码后的数据music_data输入到music_gen模块,通过计数器,如果计数器小于music_data的值,则beep保持不变,否则,beep取反,并且计数器清1,从而产生特定的方波频率。

  由仿真图可知:当rom输出rom_data为8’h16时,代表输出低音6,解码后结果music_data为1136,输出的beep频率为440Hz,与实际低音6的音节频率表的值一致;当rom输出rom_data为8’h22时,代表输出中音2,解码后结果music_data为851,输出的beep频率为563Hz,与实际中音2的音节频率表的值相差24Hz,存在一定的误差,但是不影响乐曲的播放。如果想提高beep频率的精度,减小误差,则可以将1MHz的基准频率提高。