硬件说明

蜂鸣器的分类：按其结构主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型：

• 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。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
• 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5～15V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

按是否带有信号源分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型：

• 有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。
• 无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。

本章节和大家一起学习无源蜂鸣器的驱动，FPGA或单片机的GPIO口驱动能力弱，不能直接驱动无源蜂鸣器，常用的蜂鸣器驱动电路如下：

蜂鸣器使用NPN三极管（9013）驱动，三极管当开关用，当基极电压拉高时，蜂鸣器通电，当基极电压拉低时，蜂鸣器断电，FPGA控制GPIO口给三极管的基极输出不同频率的脉冲信号，蜂鸣器就可以发出不同的音节。不同音节与蜂鸣器震荡频率的对应关系如下：

我们使用PWM的方法（关于PWM的说明，快速入门中的脉冲发生器章节有详细的介绍），使用计数器对系统时钟进行分频，改变计数器的计数终值从而实现调节PWM信号频率的目的，使用PWM信号控制蜂鸣器电路。

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Verilog代码

//-------------------------------------------------------------------- //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>COPYRIGHTNOTICE<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< //-------------------------------------------------------------------- //Module:Beeper // //Author:Step // //Description:Beeper //-------------------------------------------------------------------- //CodeRevisionHistory: //-------------------------------------------------------------------- //Version:|Mod.Date:|ChangesMade: //V1.0|2016/04/20|Initialver //-------------------------------------------------------------------- moduleBeeper ( input clk_in, //系统时钟 input rst_n_in, //系统复位，低有效 input tone_en, //蜂鸣器使能信号 input [4:0] tone, //蜂鸣器音节控制 output reg piano_out //蜂鸣器控制输出) ; /* 无源蜂鸣器可以发出不同的音节，与蜂鸣器震动的频率（等于蜂鸣器控制信号的频率）相关， 为了让蜂鸣器控制信号产生不同的频率，我们使用计数器计数（分频）实现，不同的音节控制对应不同的计数终值（分频系数） 计数器根据计数终值计数并分频，产生蜂鸣器控制信号 */ reg[15:0]time_end;//根据不同的音节控制，选择对应的计数终值（分频系数） //低音1的频率为261.6Hz，蜂鸣器控制信号周期应为12MHz/261.6Hz=45871.5， //因为本设计中蜂鸣器控制信号是按计数器周期翻转的，所以几种终值=45871.5/2=22936 //需要计数22936个，计数范围为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; endcaseendreg[17:0]time_cnt;//当蜂鸣器使能时，计数器按照计数终值（分频系数）计数 always@(posedgeclk_inornegedgerst_n_in)begin if(!rst_n_in)begin time_cnt<=1'b0; endelseif(!tone_en)begin time_cnt<=1'b0; endelseif(time_cnt>=time_end)begin time_cnt<=1'b0; endelsebegin time_cnt<=time_cnt+1'b1; endend//根据计数器的周期，翻转蜂鸣器控制信号 always@(posedgeclk_inornegedgerst_n_in)begin if(!rst_n_in)begin piano_out<=1'b0; endelseif(time_cnt==time_end)begin piano_out<=~piano_out; //蜂鸣器控制输出翻转，两次翻转为1Hz endelsebegin piano_out<=piano_out; end end endmodule

小结

本节主要为大家讲解了蜂鸣器的不同类型及无源蜂鸣器的驱动原理，需要大家掌握的同时自己创建工程，通过整个设计流程，生成FPGA配置文件加载测试。