FPGA 08 基础蜂鸣器实验音乐谱播放器实验

╰半橙微兮° 2022-09-01 09:28 284阅读 0赞

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## FPGA 08 基础 蜂鸣器实验音乐谱播放器实验 ##

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模块名称： music\_test

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主要功能 ：每隔一段时间，输出的音调由低到高，且每个音调的发出的声音是固定的。

实现（设计）流程： 1、内部一共由3个部分(2个定时器+1个查找表)组成，自左向右分别是： 音频切换循环定时器、音频查找表、音频生成器

①音频切换循环定时器 ： 通过设置内部循环定时器的计数值，保持当前的音调持续一个固定的时间。当每次计数器计数到设置的值以后，产生一个Full\_flag 脉冲信号。随后将脉冲信号给音频查找表，作为其Clk信号，随后切换下一个信号。另外，循环定时计数器开始重新计数。

②音频查找表模块，由于Clk信号是：循环定时器的输出脉冲信号。所以，信号周期是定时器设定的周期。在该模块中，每当时钟上升沿到来的时候，音频信号进行切换一次（查找表值 +1），在内部通过自己设置查找表输出对应的信号，切换音频信号主要输出的是：计数器的计数值CNT\_ARR\[31:0\]和带比较值Compare\_NOW\[31:0\]。

③音频生成器模块，音频查找表输出了一个循环定时的计数器的计数值信号，这个信号给了音频生成器模块（本质就是一个定时器），CNT\_ENABLE =1 的时候，循环定时器开始工作。在输出端口我们可以看到有两个输出： Full\_flag 信号(计数器计满输出标志信号)，和 ARR\[31:0\]当前（实时）计数器输出信号。

在整个模块中，音频查找表的比较值Compare\_NOW和音频生成器的实时输出计数器值ARR\[31:0\]进行比较，计数器值 >= 比较值，输出高电平，否则输出低电平。

--------------------

各个音调对应的频率（在sound\_lut 模块中需要用到）:

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music\_test.v 文件

module music_test(
    	Clk,	//时钟信号
    	Rst_n,	//复位信号
    	
    	CNT_ENABLE,	//Cnt_Enable=1 时，开启定时
    			   //Cnt_Enable=0 时低电平时，不使能定时
    	beep 
    );
    
    input Clk ;
    input	Rst_n ;
    input CNT_ENABLE ;
    output beep ;
    
    
    wire [31:0]CNT_NOW ;
    wire Full_Flag1;
    wire [31:0]CNT_ARR;
    wire [31:0]Compare_cnt;
    
    //这里的频率是： 50_000_000/50_000 = 1000Hz 的频率
    	timer beep0(
    		.Clk(Clk) ,  					//时钟
    		.Rst_n(Rst_n) , 				//复位信号
    		.CNT_ARR(CNT_ARR) , 			//定时器重装载值 24999（类似与32的重装载值），相当于定时
    		.MODE(1'b1)  ,					// Mode : 1  循环定时   Mode : 0 单次定时
    		.CNT_ENABLE(~CNT_ENABLE) , 	//CNT_ENABLE : 1 定时器计数器使能，开始计数 //CNT_ENABLE : 0 定时器计数不使能，停止计数			
    		// ~CNT_ENABLE 这里给定的是取反的信号，主要是太吵，不需要可以更改
    		.CNT_NOW(CNT_NOW) , 			//实时定时器计数器
    		.Full_Flag()   				//计数完成标志位，这里没有用到，且Full_Flag是输出信号，所以不用的时候可以不连接信号
    	);
    
    	sound_lut sound_lut0(
    		.Clk(Full_Flag1),
    		.Rst_n(Rst_n),
    		.ARR(CNT_ARR),	//  CNT_ARR 传递给 beep0 的 CNT_ARR 使用
    		.Compare_cnt(Compare_cnt)
    	);
    
    	//250ms固定定时，用于切换音调,Full_Flag1信号用于传递给 sound_lut0 模块使用
    	timer timer_250ms(
    
    		.Clk(Clk),
    		.Rst_n(Rst_n),
    		
    		.CNT_ARR(6250000),
    		.MODE(1'b1),	
    		.CNT_ENABLE(1'b1),
    		
    		.CNT_NOW(),
    		.Full_Flag(Full_Flag1)	
    	);
    
    
    assign  beep =(CNT_NOW >=Compare_cnt)? 1'b1:1'b0 ;  //只有一个时钟周期是高电平，CNT_NOW是在 0-24999+1之间徘徊
    
    endmodule

sound\_lut.v 文件

// 音频查找表文件
    // 里面的定时器之和比较值是 50%的占空比数值
    module sound_lut(
    	Clk,
    	Rst_n,
    	ARR ,
    	Compare_cnt
    );
    
    	input Clk;
    	input Rst_n;
    	output reg[31:0]ARR;
    	output reg[31:0]Compare_cnt;
    	reg [4:0]index;
    	
    	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
    	if(!Rst_n)
    		index <= 0;
    	else if(index >= 5'd20)
    		index <= 0;
    	else
    		index <= index + 1'b1;
    		
    	always@(*)begin
    		case(index)
    			0 : ARR = 191130;
    			1 : ARR = 170241;     
    			2 : ARR = 151689;     
    			3 : ARR = 143183;     
    			4 : ARR = 127550;     
    			5 : ARR = 113635;     
    			6 : ARR = 101234;     
    			7 : ARR = 95546 ;     
    			8 : ARR = 85134 ;     
    			9 : ARR = 75837 ;     
    			10: ARR = 71581 ;     
    			11: ARR = 63775 ;     
    			12: ARR = 56817 ;     
    			13: ARR = 50617 ;     
    			14: ARR = 47823 ;     
    			15: ARR = 42563 ;     
    			16: ARR = 37921 ;     
    			17: ARR = 35793 ;     
    			18: ARR = 31887 ;     
    			19: ARR = 28408 ;     
    			20: ARR = 25309 ;     
    			default: ARR = 191130;
    		endcase			
    	end
    	
    	
    		always@(*)begin
    		case(index)
    			0 :  Compare_cnt= 95565 ;
    			1 :  Compare_cnt= 85120 ;     
    			2 :  Compare_cnt= 75844 ;     
    			3 :  Compare_cnt= 71591 ;     
    			4 :  Compare_cnt= 63775 ;     
    			5 :  Compare_cnt= 56817 ;     
    			6 :  Compare_cnt= 50617 ;     
    			7 :  Compare_cnt= 47773 ;     
    			8 :  Compare_cnt= 42567 ;     
    			9 :  Compare_cnt= 37939 ;     
    			10:  Compare_cnt= 35792 ;     
    			11:  Compare_cnt= 31887 ;     
    			12:  Compare_cnt= 28408 ;     
    			13:  Compare_cnt= 25308 ;     
    			14:  Compare_cnt= 23912 ;     
    			15:  Compare_cnt= 21282 ;     
    			16:  Compare_cnt= 18960 ;     
    			17:  Compare_cnt= 17896 ;     
    			18:  Compare_cnt= 15943 ;     
    			19:  Compare_cnt= 14204 ;     
    			20:  Compare_cnt= 12655 ;     
    			default: Compare_cnt = 24999;
    		endcase			
    	end
    	
    
    endmodule

timer.v 文件

//通用定时器模块
    //描述:
    //通过定义 timer 里面的 input 的数值
    // 得到 output 里面的数值，这样就可以得到我们想要的输出（2个 分别是 CNT_NOW 和 Full_Flag 两个输出信号）
    // 时钟和复位信号是输入信号，一般由系统给定
    // CNT_ARR、MODE、CNT_ENABLE 可以自己给定固定值或者通过外部的输入给定一个值（信号）
    module timer(
    	Clk ,  	//时钟
    	Rst_n , 	//复位信号
    	
    	CNT_ARR , //定时器重装载值（类似与32的重装载值）
    	MODE  ,	// Mode : 1  循环定时   Mode : 0 单次定时
    	
    	CNT_ENABLE , //CNT_ENABLE : 1 定时器计数器使能，开始计数
    					 //CNT_ENABLE : 0 定时器计数不使能，停止计数
     	
    	CNT_NOW , 	//实时定时器计数器
    	
    	Full_Flag   //计数完成标志位
    );
    
    //  定义：
    	input Clk ;
    	input Rst_n;
    	
    	input [31:0]CNT_ARR ;  //通用32位定时计数器
    	input MODE 	;
    	input CNT_ENABLE;
    	
    	output [31:0]CNT_NOW ; //当前32位定时计数器的值
    	output reg Full_Flag ; //计数完成标志位
    	
    	
    	//自己模块定义的信号
    	reg [31:0]cnt; 	//定义一个32位的计数器
    	reg oneshot ; 		//定义一个 单次计数值计满 触发信号
    	wire Full_Flag_r; //Full_Flag_r 用于延时Full_Flag 的一个周期
    	
    	assign CNT_NOW = cnt;  //定时器的值
    	assign Full_Flag_r = (CNT_NOW == CNT_ARR - 1)?1'b1:1'b0;
    
    	//第1个 always 块
    	always@(posedge Clk)
    		Full_Flag <= Full_Flag_r;
    		
    	//第2个 always 块
    	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
    	if(!Rst_n)   //复位信号到来，数据清零（qingling）
    		cnt <=0;
    	else if(MODE == 1'b1)begin	//判断是否是循环模式
    		if((CNT_ENABLE == 1'b1) && (cnt < CNT_ARR)) //判断CNT_ENABLE 是否启动，且计数值是否小于重装载值
    			cnt <= cnt + 1'b1;		//cnt++
    		else								//否则数据清零
    			cnt <= 0;
    	end
    	else if(!MODE)begin	//判断是否是单次计数模式
    		if(oneshot)			//oneshot信号为1，表示满足一次计数条件
    			cnt <= cnt + 1'b1;
    		else
    			cnt <= 0;
    	end
    	//第3个 always 块
    	always@(posedge Clk or negedge Rst_n)
    	if(!Rst_n)	//复位信号清零
    		oneshot <= 1'b0;
    	else if(!MODE)
    	begin			//判断是在一次计数模式下
    		if(CNT_ENABLE == 1'b1)	//判断CNT_ENABLE 是否启动
    			oneshot <= 1'b1;
    		else if(CNT_NOW == CNT_ARR - 1) //判断计数值是否等于重转载值
    			oneshot <= 1'b0;
    			else	//保持不变
    			oneshot <= oneshot;
    	end
    	else//在循环模式下，oneshot =0 ;
    		oneshot <= 1'b0;
    		
    		
    endmodule

timer\_tb.v 文件

`timescale 1ns/1ns
    `define clk_period 20
    // 定时器定时模块测试源文件
    module timer_tb; // 定义的测试模块的名称，一般命名 是后面加 _tb,表示这是测试模块
    
    //  测试模块的输入输出 定义： input 类型 -->  reg 类型替换
    //  output 类型 -->  wire 类型替换
    	reg Clk ;
    	reg Rst_n;
    
    	reg [31:0]CNT_ARR ;  //通用32位定时计数器
    	reg MODE 	;
    	reg CNT_ENABLE;
    	
    	wire [31:0]CNT_NOW ; //当前32位定时计数器的值
    	wire Full_Flag ; //计数完成标志位
    	
    timer timer0(
    	.Clk(Clk) ,  					//时钟
    	.Rst_n(Rst_n) , 				//复位信号
    	.CNT_ARR(CNT_ARR) , 			//定时器重装载值（类似与32的重装载值）
    	.MODE(MODE)  ,					// Mode : 1  循环定时   Mode : 0 单次定时
    	.CNT_ENABLE(CNT_ENABLE) , 	//CNT_ENABLE : 1 定时器计数器使能，开始计数 //CNT_ENABLE : 0 定时器计数不使能，停止计数			
    	.CNT_NOW(CNT_NOW) , 			//实时定时器计数器
    	.Full_Flag(Full_Flag)   	//计数完成标志位
    );
    
    /*********** 定义初始化测试信号 ************/
    	initial Clk = 1;	//定义时钟信号
    	always #(`clk_period/2) Clk = ~Clk;
    	
    	initial begin  //执行一次，叫 initial  加入 begin
    		//初始化所有输入信号
    		Rst_n = 0;	
    		CNT_ARR = 0;
    		MODE = 0;
    		CNT_ENABLE = 0;
    		#(`clk_period*20 + 1);
    		//复位信号 		Rst_n = 1; 模块正式开始工作
    		Rst_n = 1;
    		#(`clk_period*20);
    		
    		
    		//设置预设值为1000，模式为循环定时模式
    		CNT_ARR = 1000;
    		MODE = 1;
    		#(`clk_period*20); //设置为循环模式，延时20个时钟周期 
    		CNT_ENABLE = 1;	 //开始启动计数定时器
    		#(`clk_period*12000);
    		CNT_ENABLE = 0;	//关闭计数定时器
    		#(`clk_period*20);
    		
    		//设置预设值为600，模式为循环定时模式
    		CNT_ARR = 600;
    		MODE = 1;
    		#(`clk_period*20);
    		CNT_ENABLE = 1;
    		#(`clk_period*8000);
    		CNT_ENABLE = 0;
    		#(`clk_period*20);	
    		
    		//设置预设值为1000，模式为单次定时模式
    		CNT_ARR = 1000;
    		MODE = 0;
    		#(`clk_period*20); // CNT_ENABLE = 1; #(`clk_period)	CNT_ENABLE = 0; 表示给定的是一个脉冲信号，进入的是单次计数模式
    		CNT_ENABLE = 1;
    		#(`clk_period);
    		CNT_ENABLE = 0;
    		#(`clk_period*1200);
    		
    		//设置预设值为600，模式为单次定时模式
    		CNT_ARR = 600;
    		MODE = 0;
    		#(`clk_period*20); // CNT_ENABLE = 1; #(`clk_period)	CNT_ENABLE = 0; 表示给定的是一个脉冲信号，进入的是单次计数模式
    		CNT_ENABLE = 1;
    		#(`clk_period);
    		CNT_ENABLE = 0;
    		#(`clk_period*1200);
    		
    		$stop;
    	
    	end
    
    endmodule

assigment .tcl 文件

set_instance_assignment -name IO_STANDARD "3.3-V LVTTL" -to Clk
    set_instance_assignment -name IO_STANDARD "3.3-V LVTTL" -to Rst_n
    set_instance_assignment -name IO_STANDARD "3.3-V LVTTL" -to CNT_ENABLE
    set_instance_assignment -name IO_STANDARD "3.3-V LVTTL" -to beep
    
    
    set_location_assignment PIN_E1 -to Clk
    set_location_assignment PIN_E16 -to Rst_n 
    set_location_assignment PIN_M16 -to CNT_ENABLE
    set_location_assignment PIN_L16 -to beep

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xqMTk4NjgxNzkwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20220829/673d72b3e54245b9b79eaff592a1971e.png
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[img-r39UW650-1627394271087_img_blog_img_fpga_image-20210719144108895.png]: /images/20220829/497db503add846e98d57efa8904ceefd.png
[img-IH0mOFtV-1627394271092_img_blog_img_fpga_image-20210329133120430.png]: /images/20220829/48e778868c2a490cae8ea616d73138d1.png