FPGA零基础学习：基于FPGA的音乐蜂鸣器设计（附代码）

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、定时器等电子产品中作发声器件。

简谱是一种比较简单易学的音乐记谱法。据说简谱是由法国思想家卢梭于1742年发明的。而最早把简谱引进我国的是我国近代音乐教育家沈心工。简谱应该说是一种比较简单易学的音乐记谱法。它的最大好处是仅用7个阿拉伯数字----1234567，就能将万千变化的音乐曲子记录并表示出来.

在简谱中，用以表示音的高低及相互关系的基本符号为七个阿拉伯数字，即１、２、３、４、５、６、７，唱作do、re、mi、fa、sol、la、si，称为唱名。

音符：１２３４５６７

唱名：do re mi fa sol la si

汉字：哆来米发梭拉西

显然，单用以上七个音是无法表现众多的音乐形象的。在实际作品中，还有一些更高或更低的音，如在基本音符上方加记一个"·"，表示该音升高一个八度，称为高音；加记两个" ："，则表示该音升高两个八度，称为倍高音。在基本音符下方加记一个"·"，表示该音降低一个八度，称为低音；加记两个" ："，则表示该音降低两个八度，称为倍低音。

在一般歌曲中，无论是在基本音符上方或下方加记两个以上的"·"的音符都是很少见的。

在简谱中，1、2、3、4、5、6、7这七个基本音符，不仅表示音的高低，而且还是表示时值长短的基本单位，称为四分音符，其他音符均是在四分音符的基础上，用加记短横线"-"和附点"·"表示。

在基本音符右侧加记一条短横线，表示增长一个四分音符的时值。这类加记在音符右侧、使音符时值增长的短横线，称为增时线。增时线越多，音符的时值越长。

在基本音符下方加记一条短横线，表示缩短原音符时值的一半。这类加记在音符下方、使音符时值缩短的短横线，称为减时线。减时线越多，音符的时值越短。

在简谱中，加记在单纯音符的右侧的、使音符时值增长的小圆点"·"，称为附点。加记附点的音符称为附点音符。附点本身并无一定的长短，其长短由前面的单纯音符来决定。附点的意义在于增长原音符时值的一半，常用于四分音符和小于四分音符的各种音符之后。

在《世上只有妈妈好》的简谱中，每两个竖线之间为2秒钟的时长。每两个竖线之间有4个音符时长，但是其中有较多半个音符的长，本设计采用1/4秒为基本单位。

蜂鸣器给予不同的频率是可以发出近似1、2、3、4、5、6、7这七个基本音符。

此模块命名为music_beep，clk为50MHz的时钟，rst_n为低电平有效的复位，beep为蜂鸣器的驱动信号。

在设计时，首先将简谱中的音符存起来；利用计数器产生1/4秒为周期的脉冲，在此脉冲驱动下，将事先存好的音符一个个输出；根据音符的值，计算出分频比；根据分频比，产生对应频率的波形。将此波形输出即可。

在进行多模块设计时，可以对每个模块只设计端口，将架构完成后。再分别设计每个模块。

《世上只有妈妈好》的简谱中共有8个四拍，每个四拍我们用8个音符来表示，合计共64个音符。在speed_ctrl中，输出的cnt为6位，正好可以表示64个状态。

在speed_ctrl中，每1/8秒让cnt增加1即可。

speed_ctrl 模块的设计代码如下：

module speed_ctrl (input   wire            clk,input   wire            rst_n,output  reg   [5:0]     cnt
);parameter T_250ms   =   12_500_000;reg           [25:0]    count;wire                    flag_250ms;always @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)count <= 26'd0;elseif (count < T_250ms - 1'b1)count <= count + 1'b1;elsecount <= 26'd0;endassign flag_250ms = (count == T_250ms - 1'b1) ? 1'b1 : 1'b0;always @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)cnt <= 6'd0;elseif (flag_250ms == 1'b1)cnt <= cnt + 1'b1;elsecnt <= cnt;endendmodule

在music_mem中存储音符，存储方式为低音用1到7表示，中音用8到14表示，高音用15到21表示，music为5bit位宽。

music_mem模块的设计代码如下：

module music_mem (input   wire            clk,input   wire            rst_n,input   wire    [5:0]   cnt,output  reg     [4:0]   music
);
// 1  2  3  4  5  6  7
// 8  9  10 11 12 13 14
// 15 16 17 18 19 20 21 always @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)music <= 5'd0;elsecase (cnt)6'd0    :   music <= 5'd13;6'd1    :   music <= 5'd13;6'd2    :   music <= 5'd13;6'd3    :   music <= 5'd12;6'd4    :   music <= 5'd10;6'd5    :   music <= 5'd10;6'd6    :   music <= 5'd12;6'd7    :   music <= 5'd12;6'd8    :   music <= 5'd15;6'd9    :   music <= 5'd15;6'd10   :   music <= 5'd13;6'd11   :   music <= 5'd12;6'd12   :   music <= 5'd13;6'd13   :   music <= 5'd13;6'd14   :   music <= 5'd13;6'd15   :   music <= 5'd13;6'd16   :   music <= 5'd10;6'd17   :   music <= 5'd10;6'd18   :   music <= 5'd12;6'd19   :   music <= 5'd13;6'd20   :   music <= 5'd12;6'd21   :   music <= 5'd12;6'd22   :   music <= 5'd10;6'd23   :   music <= 5'd10;6'd24   :   music <= 5'd8;6'd25   :   music <= 5'd6;6'd26   :   music <= 5'd12;6'd27   :   music <= 5'd10;6'd28   :   music <= 5'd9;6'd29   :   music <= 5'd9;6'd30   :   music <= 5'd9;6'd31   :   music <= 5'd9;6'd32   :   music <= 5'd9;6'd33   :   music <= 5'd9;6'd34   :   music <= 5'd9;6'd35   :   music <= 5'd10;6'd36   :   music <= 5'd12;6'd37   :   music <= 5'd12;6'd38   :   music <= 5'd13;6'd39   :   music <= 5'd13;6'd40   :   music <= 5'd10;6'd41   :   music <= 5'd10;6'd42   :   music <= 5'd10;6'd43   :   music <= 5'd9;6'd44   :   music <= 5'd8;6'd45   :   music <= 5'd8;6'd46   :   music <= 5'd8;6'd47   :   music <= 5'd8;6'd48   :   music <= 5'd12;6'd49   :   music <= 5'd12;6'd50   :   music <= 5'd12;6'd51   :   music <= 5'd10;6'd52   :   music <= 5'd9;6'd53   :   music <= 5'd8;6'd54   :   music <= 5'd6;6'd55   :   music <= 5'd8;6'd56   :   music <= 5'd5;6'd57   :   music <= 5'd5;6'd58   :   music <= 5'd5;6'd59   :   music <= 5'd5;6'd60   :   music <= 5'd5;6'd61   :   music <= 5'd5;6'd62   :   music <= 5'd5;6'd63   :   music <= 5'd5;default  :   music <= 5'd0;endcaseendendmodule

根据频率和音符的关系，将音符对应的频率值取出来，根据频率值算出分频比。驱动时钟为50MHz，所以分频比为50M除以频率。

cal_divmum模块的设计代码如下：

module cal_divnum (input   wire              clk,input   wire              rst_n,input   wire    [4:0]     music,output  reg     [31:0]    divnum
);reg             [31:0]    freq;always @ * begincase (music)5'd1    : freq =    32'd262;5'd2    : freq =    32'd294;5'd3    : freq =    32'd330;5'd4    : freq =    32'd349;5'd5    : freq =    32'd392;5'd6    : freq =    32'd440;5'd7    : freq =    32'd494;5'd8    : freq =    32'd523;5'd9    : freq =    32'd587;5'd10   : freq =    32'd659;5'd11   : freq =    32'd699;5'd12   : freq =    32'd784;5'd13   : freq =    32'd880;5'd14   : freq =    32'd988;5'd15   : freq =    32'd1050;5'd16   : freq =    32'd1175;5'd17   : freq =    32'd1319;5'd18   : freq =    32'd1397;5'd19   : freq =    32'd1568;5'd20   : freq =    32'd1760;5'd21   : freq =    32'd1976;default : freq =    32'd1;endcaseendalways @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)divnum <= 32'd50_000_000;elsedivnum <= 50_000_000/freq;endendmodule

知道分频数后，利用任意分频的方式，产生对的波形即可。

wave_gen模块的设计代码如下：

module wave_gen (input   wire            clk,input   wire            rst_n,input   wire  [31:0]    divnum,output  reg             beep
);reg           [31:0]    cnt;always @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)cnt <= 32'd0;elseif (cnt < divnum - 1'b1)cnt <= cnt + 1'b1;elsecnt <= 32'd0;endalways @ (posedge clk, negedge rst_n) beginif (rst_n == 1'b0)beep <= 1'b0;elseif (cnt < divnum[31:1])beep <= 1'b0;elsebeep <= 1'b1;endendmodule

设计好上述四个模块后，将它们之前设计架构的连接方式，连接起来。

music_beep顶层模块的设计代码如下：

module music_beep (input   wire              clk,input   wire              rst_n,output  wire              beep
);wire          [5:0]       cnt;wire          [4:0]       music;wire          [31:0]      divnum;speed_ctrl speed_ctrl_inst(.clk                  (clk),.rst_n                (rst_n),.cnt                  (cnt));music_mem music_mem_inst(.clk                  (clk),.rst_n                (rst_n),.cnt                  (cnt),.music                (music));cal_divnum cal_divnum_inst(.clk                  (clk),.rst_n                (rst_n),.music                (music),.divnum               (divnum));wave_gen wave_gen_inst(.clk                  (clk),.rst_n                (rst_n),.divnum               (divnum),.beep                 (beep));endmodule

RTL视图如下，和所设计架构相同。

图11 ：RTL视图

在testbench中，将speed_ctrl_inst模块中的T_250ms改成10。

defparam可以重新定义参数。

testbench代码如下：

`timescale 1ns/1psmodule music_beep_tb;reg           clk;reg           rst_n;wire          beep;defparam music_beep_inst.speed_ctrl_inst.T_250ms = 10;music_beep music_beep_inst(.clk        (clk),.rst_n      (rst_n),.beep       (beep));initial clk = 1'b0;always # 10 clk = ~clk;initial beginrst_n = 1'b0;# 200@ (posedge clk);# 2;rst_n = 1'b1;# 20000;$stop;endendmodule

由于输出的频率都较低，所以仿真时间都很长。

将参数改小，也只是加快切换输出音符的频率。由于wave_gen模块和分频模块相同，故而不在验证。只看RTL视图中，分频数是不是正确即可。

在RTL视图中，也看到cnt每10个周期增长1，然后对应输出音符。音符得出频率，根据频率得出分频数。经过验证，数据都是正确的。

分配管脚，全编译形成下载文件，下板后就可以听到《世上只有妈妈好》的歌曲了。

通过更改speed_crtl中的控制音符前进的速度，可以控制播放的速度。如果将速度控制到1/2秒的话，那么听到的歌曲将会变慢。如果将速度控制到1/8秒的话，那么听到的歌曲将会变快。

大家好，我是【FPGA功夫熊猫】精益求精，不断推荐好文章。

FPGA零基础学习：基于FPGA的音乐蜂鸣器设计（附代码）相关推荐

FPGA零基础学习：IP CORE 之 PLL设计
FPGA零基础学习:IP CORE 之 PLL设计本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲解,让电子. ...
FPGA零基础学习：IP CORE 之 FIFO设计
FPGA零基础学习:IP CORE 之 FIFO设计本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲解,让电子 ...
FPGA零基础学习：IP CORE 之 RAM设计
FPGA零基础学习:IP CORE 之 RAM设计本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲解,让电子. ...
【FPGA零基础学习之旅#4】定时器设计与蜂鸣器驱动
FPGA零基础学习资料
大侠好,欢迎来到FPGA技术江湖,江湖偌大,相见即是缘分.大侠可以关注FPGA技术江湖,在"闯荡江湖"."行侠仗义"栏里获取其他感兴趣的资源,或者一起煮酒言欢. ...
FPGA零基础学习：基于FPGA的多路选择器设计（附代码）
FPGA零基础学习:基于FPGA的多路选择器设计(附代码) 大侠好,欢迎来到FPGA技术江湖.本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的& ...
FPGA零基础学习：基于FPGA的二进制转BCD设计（附代码）
FPGA零基础学习:基于FPGA的二进制转BCD设计(附代码) 本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲 ...
FPGA零基础学习：IIC协议驱动设计
FPGA零基础学习:IIC协议驱动设计本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲解,让电子.信息.通信类 ...
FPGA零基础学习：LED流水灯设计
FPGA零基础学习:LED流水灯设计本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式"讲解,让电子.信息.通信类专 ...
FPGA零基础学习：数字通信中的电压标准
FPGA零基础学习:数字通信中的电压标准大侠好,欢迎来到FPGA技术江湖.本系列将带来FPGA的系统性学习,从最基本的数字电路基础开始,最详细操作步骤,最直白的言语描述,手把手的"傻瓜式& ...

FPGA零基础学习：基于FPGA的音乐蜂鸣器设计（附代码）

FPGA零基础学习：基于FPGA的音乐蜂鸣器设计（附代码）相关推荐

最新文章

热门文章