基礎知識之Buzzer - 蜂鳴器
1 介紹
和LED常用于發光指示一樣,作為一種聲音模塊,蜂鳴器常被用于做發聲的功能。有源蜂鳴器通過內置的振蕩器,發出單一固定頻率提示性報警聲音;無源蜂鳴器是通過不同頻率的脈沖驅動,可以發出不同頻率的聲音信號。
2 工作原理
蜂鳴器的分類: 按其結構主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型:
按是否帶有信號源分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種類型:
3 電路連接
本章節主要介紹無源蜂鳴器的驅動,FPGA或MCU的GPIO口驅動能力弱,不能直接驅動無源蜂鳴器,常用的蜂鳴器驅動電路如下:
蜂鳴器使用NPN三極管(9013)驅動,三極管當開關用,當基極電壓拉高時,蜂鳴器通電,當基極電壓拉低時,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,蜂鳴器就可以發出不同的音節。 不同音節與蜂鳴器震蕩頻率的對應關系如下:
4 MicroPython編程(MCU)
5 Verilog編程(FPGA)
在FPGA中使用PWM來驅動蜂鳴器,使用計數器對系統時鐘進行分頻,改變計數器的計數終值從而實現調節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);
/*
無源蜂鳴器可以發出不同的音節,與蜂鳴器震動的頻率(等于蜂鳴器控制信號的頻率)相關,
為了讓蜂鳴器控制信號產生不同的頻率,我們使用計數器計數(分頻)實現,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,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,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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