驱动蜂鸣器 Verilog

1、定时器和计数器

从一定程度上讲，定时器就是计数器，计数器就是定时器。

定时器：核心单元本质也是一个计数器，设置一个定时值，启动定时器后，计数器开始计数，计数满后产生计数满标志信号，提示设定的定时时间到达。

计数器：对脉冲信号进行计数，统计一确定时间段内该脉冲信号出现的次数，或者等待指定次数的脉冲信号出现后，产生相应标志。

2、定时器设计基本需求

本节设计一个定时器，能够支持以下功能

1）该定时器的定时时间参数可以通过该模块的一个端口输入，通过调节端口上输入数据的值，就能修改其定时时间。

2）设置一个计数模式控制信号，当该信号为1时，设置为循环定时模式，当该信号为0时，设置为单次定时模式。

3）设置一个计数启动信号，在循环定时模式下，该信号为高电平使能计时，为低电平则停止计时。在单次计数模式下，该信号的一个单基准时钟周期的脉冲使能一次定时。

4）输出计数器实时计数值，该值将用于产生特定占空比的方波。

3、定时器设计功能验证

蜂鸣器是一种产生声音的器件，广泛应用于报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器按照构造方式的不同，可分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣箱以及外壳等组成。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。由于两种蜂鸣器发音原理不同，压电式结构简单耐用但音调单一音色差，适用于报警器等设备。而电磁式由于音色好，所以多用于语音、音乐等设备。

蜂鸣器按照驱动电路的不同可以分为有源蜂鸣器与无源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要通电就会鸣叫；而无源蜂鸣器内部不带震荡源，因此如果用直流信号无法令其鸣叫，这就需要用200-5K的方波（声音频率）去驱动。

4、实验原理

在如图电路中，电容C36用于提高电路抗干扰性能；D5起保护三极管的作用，当三极管突然截止时，无源蜂鸣器两端产生的瞬时感应电动势可以通过D1迅速释放掉，避免叠加到三极管集电极上从而击穿三极管；BEEP端口接FPGA输出管脚，使用时只需要在BEEP信号上输入2~5KHz的PWM波，就能驱动蜂鸣器按照既定的频率产生振动信号。

5、实验过程

本次实验主要由以下步骤组成：

创建Quartus Prime工程

编写计数器HDL描述文件

编写计数器测试脚本（testbench）

对计数器进行功能仿真

在Quartus Prime中执行布局布线

对计数器进行时序仿真

分配引脚并编译得到FPGA配置文件.sof

配置FPGA并运行

6、代码

module beep_top(clk,Rst_n,beep,CNT_GO//在循环定时模式下，该信号为高电平使能计时，为低电平则停止计时。在单次计数模式下，该信号的一个单基准时钟周期的脉冲使能一次定时。);input clk;input Rst_n;input CNT_GO;output beep;wire [31:0] CNT_NOW;beep_test beep_test0(.clk(clk),.Rst_n(Rst_n),.CNT_ACC(49999),.MODE(1),.CNT_GO(CNT_GO),.CNT_NOW(CNT_NOW),.FULL_Flag());assign beep = (CNT_NOW >= 24999 )? 1'b1:1'b0;endmodulemodule beep_top(clk,Rst_n,beep,CNT_GO//在循环定时模式下，该信号为高电平使能计时，为低电平则停止计时。在单次计数模式下，该信号的一个单基准时钟周期的脉冲使能一次定时。);input clk;input Rst_n;input CNT_GO;output beep;wire [31:0] CNT_NOW;beep_test beep_test0(.clk(clk),.Rst_n(Rst_n),.CNT_ACC(49999),.MODE(1),.CNT_GO(CNT_GO),.CNT_NOW(CNT_NOW),.FULL_Flag());assign beep = (CNT_NOW >= 24999 )? 1'b1:1'b0;endmoduletestbench文件
`timescale 1ns/1ns
`define clk_period 20
module beep_test_tb;reg clk;reg Rst_n;reg [31:0] CNT_ACC;reg MODE;reg CNT_GO;wire [31:0]CNT_NOW;wire FULL_Flag;reg [31:0]cnt;beep_test beep_test0(.clk(clk),.Rst_n(Rst_n),.CNT_ACC(CNT_ACC),.MODE(MODE),.CNT_GO(CNT_GO),.CNT_NOW(CNT_NOW),.FULL_Flag(FULL_Flag));initial clk = 1;always #(`clk_period/2) clk=~clk;initial beginRst_n = 0;CNT_ACC = 0;CNT_GO = 0;#(`clk_period*20+1);//保证复位信号的变化不与clk信号边沿重合，方便观察异步复位Rst_n = 1;#(`clk_period*20);//设置预设值为1000，模式为循环模式CNT_ACC = 1000;MODE = 1;#(`clk_period*20);CNT_GO = 1;#(`clk_period*12000);CNT_GO = 0;#(`clk_period*20);//设置预设值为600，模式为循环模式CNT_ACC = 1000;MODE = 1;#(`clk_period*20);CNT_GO = 1;#(`clk_period*8000);CNT_GO = 0;#(`clk_period*20);//设置预设值为1000，模式为单次定时模式CNT_ACC = 1000;MODE = 0;#(`clk_period*20);CNT_GO = 1;#(`clk_period);CNT_GO = 0;#(`clk_period*1200);//设置预设值为600，模式为单次定时模式CNT_ACC = 600;MODE = 0;#(`clk_period*20);CNT_GO = 1;#(`clk_period);CNT_GO = 0;#(`clk_period*1200);$stop;end

7、RTL视图