FPGA蜂鸣器实现歌曲《两只老虎》
2024-05-16 14:14:01
1、简谱中的符号含义
2、两只老虎简谱
3、音符与频率的对照表
4、首先在这里解释一个名词→音乐频率——众所周知，声音是由物体的振动产生的，本质是传播媒介的振动，另外声音有两大特性——音量和音色，我们又知道振动幅度决定音量，波形和传播媒介决定音色；而在这里我们需要考虑的便是音量，即低音、中音和高音；因此，我们只需要考虑音源的振动频率即可。在这里我们又知道我们的音源只有一个，那便是我们开发板上的蜂鸣器（开发板上蜂鸣器的也可以是外接蜂鸣器）。振动频率以“Hz”（赫兹）为单位，赫兹（Hz）是指每秒周期运动次数。
由音符与频率的对照表可以知道低音DO 的频率是262Hz，但是我们的系统时钟是50MHz（这里以50MHz为例，也有可能是其它频率），所以50MHz ÷ 262Hz便是低音DO在0.5s时间内的重复次数。
低音DO的重复次数：50MHz ÷ 262Hz ＝ 190839·········后面的计算和低音DO 的计算方法相同，完全一样，在这里就不做赘述了。
5、模块框图
6、工程源码
.v文件
/* ============================================================================= *\
* Author : 星·回
* Filename : beep_two_tigers.v
* Create Date : 2022/12/21
* Module Name :
* Project Name :
* Description : 蜂鸣器实现“两只老虎”
* Called by :
* Target Device : EP4CE10F17C8
* Tool versions : Quartus Prime 18.1
* Create Date : 2022/12/21
* Revision【修订】 : 1.0
* Email :
* Company :
* Copyright(c) 2022 【版权】
* Additional Comments【备注】 :
\* ============================================================================= */module beep_two_tigers (
/**************************************端口说明************************************/input clk ,input rst_n ,output reg beep
);/*********************************** 参数定义 ***********************************/parameter TIME_500MS = 24_999_999 ; //0.5s计数值parameter L1 = 190839 ; //低音"哆"音调分频计数值（频率262）parameter L2 = 170067 ; //低音"来"音调分频计数值（频率294）parameter L3 = 151514 ; //低音"咪"音调分频计数值（频率330）parameter L4 = 143265 ; //低音"发"音调分频计数值（频率349）parameter L5 = 127550 ; //低音"梭"音调分频计数值（频率392）parameter L6 = 113635 ; //低音"拉"音调分频计数值（频率440）parameter L7 = 101214 ; //低音"西"音调分频计数值（频率494）parameter M1 = 95602 ; //中音"哆"音调分频计数值（频率523）parameter M2 = 85178 ; //中音"来"音调分频计数值（频率587）parameter M3 = 75872 ; //中音"咪"音调分频计数值（频率659）parameter M4 = 71633 ; //中音"发"音调分频计数值（频率698）parameter M5 = 63775 ; //中音"梭"音调分频计数值（频率784）parameter M6 = 56818 ; //中音"拉"音调分频计数值（频率880）parameter M7 = 50607 ; //中音"西"音调分频计数值（频率988）parameter H1 = 47801 ; //高音"哆"音调分频计数值（频率1046）parameter H2 = 42553 ; //高音"来"音调分频计数值（频率1175）parameter H3 = 37936 ; //高音"咪"音调分频计数值（频率1318）parameter H4 = 35790 ; //高音"发"音调分频计数值（频率1397）parameter H5 = 31887 ; //高音"梭"音调分频计数值（频率1568）parameter H6 = 28409 ; //高音"拉"音调分频计数值（频率1760）parameter H7 = 25303 ; //高音"西"音调分频计数值（频率1976）/********************************** 内部信号声明 **********************************/
reg [27:0] cnt_500ms ;//500ms计数器
wire add_cnt_500ms ;//开始计数
wire end_cnt_500ms ;//结束计数reg [4:0] freq_cnt ;//音符计数器
wire add_freq_cnt ;//开始计数
wire end_freq_cnt ;//结束计数reg [17:0] freq_data ;//32个音符的寄存器，寄存32个音符
wire [17:0] duty_data ;//占空比数据reg [19:0] freq_value ;//计数每个音符对应的频率
wire add_freq_value ;//开始计数
wire end_freq_value ;//结束计数/*************************************功能定义*************************************/
//0.5s计数器→500ms计数器
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)cnt_500ms <= 0 ;else if(add_cnt_500ms)beginif(end_cnt_500ms)cnt_500ms <= 0 ;elsecnt_500ms <= cnt_500ms + 1'b1;endelsecnt_500ms <= cnt_500ms ;
end //end alwaysassign add_cnt_500ms = 1'b1 ;
assign end_cnt_500ms = add_cnt_500ms && cnt_500ms == TIME_500MS ;//freq_cnt 音符计数器
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)freq_cnt <= 0 ;else if(add_freq_cnt)beginif(end_freq_cnt)freq_cnt <= 0 ;elsefreq_cnt <= freq_cnt + 1'b1;endelsefreq_cnt <= freq_cnt ;
end //end alwaysassign add_freq_cnt = end_cnt_500ms ;
assign end_freq_cnt = add_freq_cnt && freq_cnt == 31;//两只老虎乐谱（32个音符）
always @(*) begincase (freq_cnt)0 : freq_data = M1 ;1 : freq_data = M2 ;2 : freq_data = M3 ;3 : freq_data = M1 ;4 : freq_data = M1 ;5 : freq_data = M2 ;6 : freq_data = M3 ;7 : freq_data = M1 ;8 : freq_data = M3 ;9 : freq_data = M4 ;10 : freq_data = M5 ;11 : freq_data = M3 ;12 : freq_data = M4 ;13 : freq_data = M5 ;14 : freq_data = M5 ;15 : freq_data = M6 ;16 : freq_data = M5 ;17 : freq_data = M4 ;18 : freq_data = M3 ;19 : freq_data = M1 ;20 : freq_data = M5 ;21 : freq_data = M6 ;22 : freq_data = M5 ;23 : freq_data = M4 ;24 : freq_data = M3 ;25 : freq_data = M1 ;26 : freq_data = M2 ;27 : freq_data = L5 ;28 : freq_data = M1 ;29 : freq_data = M2 ;30 : freq_data = L5 ;31 : freq_data = M1 ;default: freq_data = M1 ;endcase
end //end always//freq_value 计数每个音符对应的频率
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)freq_value <= 0 ;else if(add_freq_value)beginif(end_freq_value)freq_value <= 0 ;elsefreq_value <= freq_value + 1'b1;endelsefreq_value <= freq_value ;
end //end alwaysassign add_freq_value = 1'b1 ;
assign end_freq_value = add_freq_value && freq_value == freq_data - 1'b1;//设置50％占空比：音阶分频计数值的一半即为占空比的高电平数
assign duty_data = freq_data >> 1;//输出beep
always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)beep <= 1;else if(freq_value>duty_data)beep <= 0;elsebeep <= 1;
end //end alwaysendmoduletb文件
/* ============================================================= *\
* Author : 星·回
* Filename : beep_two_tiger_tb.v
* Create Date : 2022/12/21
* Module Name :
* Project Name : beep_two_tiger
* Description : 蜂鸣器实现“两只老虎”
* Create Date : 2022/12/21
* Revision【修订】 : 1.0
* Email :
* Company :
* Copyright(c) 2022 【版权】
* Additional Comments【备注】:
\* ============================================================= */
`timescale 1ns/1ns // 时间单位/时间精度
module beep_two_tiger_tb ();//激励信号
reg clk ;
reg rst_n ;
//输出信号
wire beep ;parameter L1 = 100 ,//低音L2 = 150 , L3 = 250 , L4 = 300 , L5 = 350 , L6 = 400 , L7 = 450 ,M1 = 100 ,//中音M2 = 150 ,M3 = 200 ,M4 = 250 ,M5 = 300 ,M6 = 350 ,M7 = 400 ;beep_two_tigers u_beep_two_tigers(.clk ( clk ) ,.rst_n ( rst_n ) ,.beep ( beep )
);initial beginclk = 1'b1 ;rst_n = 1'b1 ;#20rst_n = 1'b0 ;#30rst_n = 1'b1 ;#20rst_n = 1'b0 ;#10rst_n = 1'b1 ;end
always #10 clk=~clk ;endmodule7、总结
本次使用蜂鸣器实现播放两只老虎音乐实验的上板现象音乐较为难以入耳，但是仔细听还是能听出来有那种感觉的，在后续的实践中可能会寻求改进。
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