基于FPGA的蜂鸣器设计
设计规划
驱动无源蜂鸣器进行七个基本音调“哆来咪发梭拉西”的循环鸣叫，每个音阶持续鸣叫0.5s后鸣叫下一个音阶。
对于无源蜂鸣器，输入不同的pwm方波就能发出不同的声音。方波的频率影响音调，占空比影响音量。音调频率对应表格如下，占空比保持为50%。因此这个实验我们只要循环产生占空比为50％的七个音调频率即可。
doremifasolasi
262 294 330 349 392 440 494
现在我们考虑，除了时钟和复位，需要几个计数器：
1、蜂鸣维持0.5s，（50mhz对应20ns）计数从0-24999999，计数器名称cnt。
2、需要蜂鸣7个调，状态计数从0-6，cnt计满一次就+1，计数器名称cnt_500ms。
3、不同的调对应不同频率，需要一个频率计数器freq_cnt。
以do为例，频率为262，周期为1/262=3.816794ms。时钟频率50mhz，对应周期是20ns，即计数个数为190840个，对应do的freq_cnt计数从0-190839。占空比为50%，即高电平和低电平的时长一样，高电平持续时钟脉冲个数为95420。
频率262294330349392440494
频率数值 190840 170068 151515 143266 127551 113636 101214
占空比数值 95420 85034 75757 71633 63775 56818 50607
以re为例的波形图：
改变频率数值freq_data和占空比计数duty_data，就可以得到不同频率的波形。
编写代码
module beep#(parameter time_500ms = 25'd24999, //0.5s计数值parameter do = 18'd190 , //do频率262parameter re = 18'd170 , //re频率294parameter mi = 18'd151 , //mi频率330parameter fa = 18'd143 , //fa频率349parameter so = 18'd127 , //so频率392parameter la = 18'd113 , //la频率440parameter xi = 18'd101 //si频率494 ) ( input wire sys_clk , input wire sys_rst_n , output reg beep ); //reg define reg [24:0] cnt ; //0.5s计数器 reg [17:0] freq_cnt ; //音调计数器 reg [2:0] cnt_500ms ; //0.5s个数计数 reg [17:0] freq_data ; //音调分频计数值，取不同的do,re...可以得到不同频率的波形 //wire define wire [16:0] duty_data ; //占空比计数值，即do,re...的一半 assign duty_data = freq_data > > 1'b1; //二进制右移一位就是原值的1/2 //cnt:0.5s循环计数器 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt <= 25'd0; else if(cnt == time_500ms ) cnt <= 25'd0; else cnt <= cnt + 1'b1; //cnt_500ms：对500ms个数进行计数，每个音阶鸣叫时间0.5s，7个音节一循环 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) cnt_500ms <= 3'd0; else if(cnt == time_500ms && cnt_500ms == 6) cnt_500ms <= 3'd0; else if(cnt == time_500ms) cnt_500ms <= cnt_500ms + 1'b1; //不同时间鸣叫不同的音阶 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) freq_data <= do; else case(cnt_500ms) 0: freq_data <= do; 1: freq_data <= re; 2: freq_data <= mi; 3: freq_data <= fa; 4: freq_data <= so; 5: freq_data <= la; 6: freq_data <= xi; default: freq_data <= do; endcase //freq_cnt：当计数到音阶计数值或跳转到下一音阶时，开始重新计数 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) freq_cnt <= 18'd0; else if(freq_cnt == freq_data || cnt == time_500ms) freq_cnt <= 18'd0; else freq_cnt <= freq_cnt + 1'b1; //beep：输出蜂鸣器波形 always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) if(sys_rst_n == 1'b0) beep = duty_data) beep <= 1'b1; else beep <= 1'b0; endmodule定义参数：0.5s的计数值（用于cnt计数器的溢出值），七个频率的计数值（用于不同时间段的频率计数器freq_cnt的溢出值）
定义输入输出和中间变量
定义0.5s计数器：复位有效时拉低电平；溢出（计数到time_500ms即0.5s）时拉低电平，其他情况+1
定义0.5s个数计数器：由于音调要顺序循环出现，需要有个数计数器控制音调出现的时间。复位有效时拉低电平；溢出（0.5s计数器溢出且自身计数到溢出值6）时拉低电平，0.5s计数器溢出时+1
定义频率变量：我们使用一个频率变量，赋予不同的频率值。音调的顺序和频率的对应就是0.5s个数计数器和频率变量实现的当0.5s个数计数值为0时，对应do音调，那么频率变量freq_data=do。这里采用了case语句，注意需要有default语句
定义频率计数器：前面只定义了可音调顺序和频率的对应，现在需要把音调时间和音调频率对应。我们使用频率计数器，让音调数计满后到下一个音调。复位有效时拉低电平；溢出（频率计数器计数到freq_data或者0.5s计数器溢出）时拉低电平；其他情况+1
定义输出波形：复位有效时拉低电平；频率计数器为占空比数值（50%的占空比意味着高电平的持续时间是音调的周期的一半，数值也就是频率变量的一半），拉高电平，其他时候拉低电平。
编写testbench
`timescale 1ns/1nsmodule tb_beep();//reg definereg sys_clk ; reg sys_rst_n ; //对时钟，复位信号赋初值 initial begin sys_clk = 1'b1; sys_rst_n <= 1'b0; #100 sys_rst_n <= 1'b1; end //产生时钟信号 always #10 sys_clk = ~sys_clk;//instantiation beep #( .time_500ms(25'd2499), //0.5s计数值 .do (18'd19 ), //哆音调分频计数值（频率262） .re (18'd17 ), //来音调分频计数值（频率294） .mi (18'd15 ), //咪音调分频计数值（频率330） .fa (18'd14 ), //发音调分频计数值（频率349） .so (18'd12 ), //梭音调分频计数值（频率392） .la (18'd11 ), //拉音调分频计数值（频率440） .xi (18'd10 ) //西音调分频计数值（频率494） ) beep_inst ( .sys_clk (sys_clk ), //系统时钟,频率50mhz .sys_rst_n (sys_rst_n ), //系统复位，低有效 .beep (beep ) //输出蜂鸣器控制信号 ); endmodule初始化、产生时钟信号、实例化：为了节省时间参数值缩小了
对比波形
由于节省时间将参数缩小了，do音调的计数值是19，时钟是10ns的变化（周期20ns），因此beep在do音调的周期是19201000ps=380000ps，且beep在re周期是17201000ps=340000ps。图中的数值差异是标尺的误差。
分配管脚
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2、需要蜂鸣7个调，状态计数从0-6，cnt计满一次就+1，计数器名称cnt_500ms。
3、不同的调对应不同频率，需要一个频率计数器freq_cnt。
以do为例，频率为262，周期为1/262=3.816794ms。时钟频率50mhz，对应周期是20ns，即计数个数为190840个，对应do的freq_cnt计数从0-190839。占空比为50%，即高电平和低电平的时长一样，高电平持续时钟脉冲个数为95420。
频率262294330349392440494
频率数值 190840 170068 151515 143266 127551 113636 101214
占空比数值 95420 85034 75757 71633 63775 56818 50607
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改变频率数值freq_data和占空比计数duty_data，就可以得到不同频率的波形。
编写代码
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