基礎知識之Buzzer - 蜂鳴器
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1 介紹
和LED常用于發(fā)光指示一樣，作為一種聲音模塊，蜂鳴器常被用于做發(fā)聲的功能。有源蜂鳴器通過(guò)內置的振蕩器，發(fā)出單一固定頻率提示性報警聲音；無(wú)源蜂鳴器是通過(guò)不同頻率的脈沖驅動(dòng)，可以發(fā)出不同頻率的聲音信號。
2 工作原理
蜂鳴器的分類(lèi)： 按其結構主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型：
按是否帶有信號源分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器兩種類(lèi)型：
3 電路連接
本章節主要介紹無(wú)源蜂鳴器的驅動(dòng)，FPGA或MCU的GPIO口驅動(dòng)能力弱，不能直接驅動(dòng)無(wú)源蜂鳴器，常用的蜂鳴器驅動(dòng)電路如下：
蜂鳴器使用NPN三極管（9013）驅動(dòng)，三極管當開(kāi)關(guān)用，當基極電壓拉高時(shí)，蜂鳴器通電，當基極電壓拉低時(shí)，蜂鳴器斷電，MCU或FPGA控制GPIO口給三極管的基極輸出不同頻率的脈沖信號，蜂鳴器就可以發(fā)出不同的音節。 不同音節與蜂鳴器震蕩頻率的對應關(guān)系如下：
4 MicroPython編程（MCU）
5 Verilog編程（FPGA）
在FPGA中使用PWM來(lái)驅動(dòng)蜂鳴器，使用計數器對系統時(shí)鐘進(jìn)行分頻，改變計數器的計數終值從而實(shí)現調節PWM信號頻率的目的，使用PWM信號控制蜂鳴器電路。
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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, //系統時(shí)鐘
input rst_n_in, //系統復位，低有效
input tone_en, //蜂鳴器使能信號
input [4:0] tone, //蜂鳴器音節控制
output reg piano_out //蜂鳴器控制輸出);
/*
無(wú)源蜂鳴器可以發(fā)出不同的音節，與蜂鳴器震動(dòng)的頻率（等于蜂鳴器控制信號的頻率）相關(guān)，
為了讓蜂鳴器控制信號產(chǎn)生不同的頻率，我們使用計數器計數（分頻）實(shí)現，不同的音節控制對應不同的計數終值（分頻系數）
計數器根據計數終值計數并分頻，產(chǎn)生蜂鳴器控制信號
*/
reg [15:0] time_end;
//根據不同的音節控制，選擇對應的計數終值（分頻系數）
//低音1的頻率為261.6Hz，蜂鳴器控制信號周期應為12MHz/261.6Hz = 45871.5，
//因為本設計中蜂鳴器控制信號是按計數器周期翻轉的，所以幾種終值 = 45871.5/2 = 22936
//需要計數22936個(gè)，計數范圍為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;//當蜂鳴器使能時(shí)，計數器按照計數終值（分頻系數）計數
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 //根據計數器的周期，翻轉蜂鳴器控制信號
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; //蜂鳴器控制輸出翻轉，兩次翻轉為1Hz
end else begin
piano_out <= piano_out;
end
end endmodule
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