基础知识之Buzzer - 蜂鸣器
1 介绍
和LED常用于发光指示一样，作为一种声音模块，蜂鸣器常被用于做发声的功能。有源蜂鸣器通过内置的振荡器，发出单一固定频率提示性报警声音；无源蜂鸣器是通过不同频率的脉冲驱动，可以发出不同频率的声音信号。
2 工作原理
蜂鸣器的分类： 按其结构主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型：
按是否带有信号源分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型：
3 电路连接
本章节主要介绍无源蜂鸣器的驱动，FPGA或MCU的GPIO口驱动能力弱，不能直接驱动无源蜂鸣器，常用的蜂鸣器驱动电路如下：
蜂鸣器使用NPN三极管（9013）驱动，三极管当开关用，当基极电压拉高时，蜂鸣器通电，当基极电压拉低时，蜂鸣器断电，MCU或FPGA控制GPIO口给三极管的基极输出不同频率的脉冲信号，蜂鸣器就可以发出不同的音节。 不同音节与蜂鸣器震荡频率的对应关系如下：
4 MicroPython编程（MCU）
5 Verilog编程（FPGA）
在FPGA中使用PWM来驱动蜂鸣器，使用计数器对系统时钟进行分频，改变计数器的计数终值从而实现调节PWM信号频率的目的，使用PWM信号控制蜂鸣器电路。
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// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
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// Module: Beeper// Author: Step// Description: Beeper
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// Code Revision History :
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// Version: |Mod. Date: |Changes Made:
// V1.0 |2016/04/20 |Initial ver
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module Beeper(input clk_in, //系统时钟
input rst_n_in, //系统复位，低有效
input tone_en, //蜂鸣器使能信号
input [4:0] tone, //蜂鸣器音节控制
output reg piano_out //蜂鸣器控制输出);
/*
无源蜂鸣器可以发出不同的音节，与蜂鸣器震动的频率（等于蜂鸣器控制信号的频率）相关，
为了让蜂鸣器控制信号产生不同的频率，我们使用计数器计数（分频）实现，不同的音节控制对应不同的计数终值（分频系数）
计数器根据计数终值计数并分频，产生蜂鸣器控制信号
*/
reg [15:0] time_end;
//根据不同的音节控制，选择对应的计数终值（分频系数）
//低音1的频率为261.6Hz，蜂鸣器控制信号周期应为12MHz/261.6Hz = 45871.5，
//因为本设计中蜂鸣器控制信号是按计数器周期翻转的，所以几种终值 = 45871.5/2 = 22936
//需要计数22936个，计数范围为0 ~ (22936-1)，所以time_end = 22935
always@(tone) begin
case(tone)
5'd1: time_end = 16'd22935; //L1,
5'd2: time_end = 16'd20428; //L2,
5'd3: time_end = 16'd18203; //L3,
5'd4: time_end = 16'd17181; //L4,
5'd5: time_end = 16'd15305; //L5,
5'd6: time_end = 16'd13635; //L6,
5'd7: time_end = 16'd12147; //L7,
5'd8: time_end = 16'd11464; //M1,
5'd9: time_end = 16'd10215; //M2,
5'd10: time_end = 16'd9100; //M3,
5'd11: time_end = 16'd8589; //M4,
5'd12: time_end = 16'd7652; //M5,
5'd13: time_end = 16'd6817; //M6,
5'd14: time_end = 16'd6073; //M7,
5'd15: time_end = 16'd5740; //H1,
5'd16: time_end = 16'd5107; //H2,
5'd17: time_end = 16'd4549; //H3,
5'd18: time_end = 16'd4294; //H4,
5'd19: time_end = 16'd3825; //H5,
5'd20: time_end = 16'd3408; //H6,
5'd21: time_end = 16'd3036; //H7,
default:time_end = 16'd65535;
endcaseend reg [17:0] time_cnt;//当蜂鸣器使能时，计数器按照计数终值（分频系数）计数
always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
if(!rst_n_in) begin
time_cnt <= 1'b0;
end else if(!tone_en) begin
time_cnt <= 1'b0;
end else if(time_cnt>=time_end) begin
time_cnt <= 1'b0;
end else begin
time_cnt <= time_cnt + 1'b1;
endend //根据计数器的周期，翻转蜂鸣器控制信号
always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
if(!rst_n_in) begin
piano_out <= 1'b0;
end else if(time_cnt==time_end) begin
piano_out <= ~piano_out; //蜂鸣器控制输出翻转，两次翻转为1Hz
end else begin
piano_out <= piano_out;
end
end endmodule
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