一、实验任务

利用FPGA进行代码开发,使蜂鸣器演奏出乐曲《生日快乐》,将音调显示在数码管。原理为蜂鸣器为交流源蜂鸣器,在引脚上加一定频率的方波就可以发声,而且发声的频率由所加方波决定。这样我们就可以根据无源蜂鸣器的原理进行发声练习了。

二、代码实现

由于需要蜂鸣器发声且数码管显示音调,所以我们将代码分为两部分。

第一部分用于产生音调的方波。第二部分为数码管显示。

(一)产生音调

(1)PreDiv 预置分频数模块

将48M晶振分频12M,再计算得出各个音调的频率,公式为12M÷音调频率÷2,所得即为预置分频数。程序中只编写了低音和中音的14个音。

module prediv(
input [:]Index,
input clk,
input Reset_n,
output reg[:] PreDiv
); always @ (negedge Reset_n or posedge clk)
if(!Reset_n)
begin
PreDiv<='h5997;
end
else
begin
case(Index)
'd1:PreDiv<=16'h5997;
'd2:PreDiv<=16'h4FCD;
'd3:PreDiv<=16'h471B;
'd4:PreDiv<=16'h431E;
'd5:PreDiv<=16'h3BCA;
'd6:PreDiv<=16'h3544;
'd7:PreDiv<=16'h2F74;
'd8:PreDiv<=16'h2CCA;
'd9:PreDiv<=16'h27E8;
'd10:PreDiv<=16'h238D;
'd11:PreDiv<=16'h218E;
'd12:PreDiv<=16'h1DE5;
'd13:PreDiv<=16'h1AA2;
'd14:PreDiv<=16'h17BA;
endcase
end
endmodule

(2)Index 索引数模块

为了便于代码书写,需要引用索引数(其实加一个ROM更为方便),即使用“5“为低音”so",如简谱一样,可以更为方便的编写乐曲。毕竟乐曲有很多音符,如果每次都用预置数编写程序,程序书写和查错会非常不方便。当然这也是verilog语言的魅力之处。

module index(
input clk,
input reset_n,
output reg[:]index
); reg[:]cnt;
wire clk2m;
wire clk2000;
wire clk2; defparam clk_rhythm1.divdWIDTH=,clk_rhythm1.divdFACTOR=;//24分频2M
div clk_rhythm1(
.reset(reset_n),
.clkin(clk),
.clkout(clk2m)
);
defparam clk_rhythm2.divdWIDTH=,clk_rhythm2.divdFACTOR=;//1000分频2000hz
div clk_rhythm2(
.reset(reset_n),
.clkin(clk2m),
.clkout(clk2000)
);
defparam clk_rhythm3.divdWIDTH=,clk_rhythm3.divdFACTOR=;//1000分频2hz
div clk_rhythm3(
.reset(reset_n),
.clkin(clk2000),
.clkout(clk2)
);
always @ (negedge reset_n or posedge clk2)
if(!reset_n)
begin
index<='d0;
cnt<='h0;
end
else
begin
if(cnt=='d42)
cnt<='h0;
else
cnt<=cnt+'b1;
case(cnt)
'd1:index<=4'd5;
'd2:index<=4'd5;
'd3:index<=4'd6;
'd4:index<=4'd6;
'd5:index<=4'd5;
'd6:index<=4'd5;
'd7:index<=4'd8;
'd8:index<=4'd8;
'd9:index<=4'd7;
'd10:index<=4'd7;
'd11:index<=4'd5;
'd12:index<=4'd5;
'd13:index<=4'd6;
'd14:index<=4'd6;
'd15:index<=4'd5;
'd16:index<=4'd5;
'd17:index<=4'd9;
'd18:index<=4'd9;
'd19:index<=4'd8;
'd20:index<=4'd8;
'd21:index<=4'd5;
'd22:index<=4'd5;
'd23:index<=4'd12;
'd24:index<=4'd12;
'd25:index<=4'd10;
'd26:index<=4'd10;
'd27:index<=4'd8;
'd28:index<=4'd8;
'd29:index<=4'd7;
'd30:index<=4'd7;
'd31:index<=4'd6;
'd32:index<=4'd6;
'd33:index<=4'd11;
'd34:index<=4'd11;
'd35:index<=4'd10;
'd36:index<=4'd10;
'd37:index<=4'd8;
'd38:index<=4'd8;
'd39:index<=4'd9;
'd40:index<=4'd9;
'd41:index<=4'd8;
'd42:index<=4'd8;
endcase
end
endmodule

(3)节拍

歌曲中不仅有音调还要有快慢,这个快慢即为节拍。所以我们还是分频分出节拍为0.5s一拍。具体代码见上一部分。

(二)数码管显示

数码管显示的原理是利用人眼的视觉暂留0.05s,数码管动态扫描时间小于等于0.05s,人眼看到数码管就是一直在显示,根据这个原理,我们将音调显示在数码管上。音调即为上文提到的索引数,所以我们编写代码的思路就为将索引数输入,进行一些运算,在数码管上显示。道理十分简单。

module smdisplay(clk,rst,index,dataout,en);

input clk,rst;
input [:]index;
output[:] dataout;
output[:] en;//COM使能输出 reg[:] dataout;//各段数据输出
reg[:] en; reg[:] cnt_scan;//扫描频率计数器
reg[:] dataout_buf; always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin //低电平复位
cnt_scan<=;
end
else
begin
cnt_scan<=cnt_scan+;
end
end always @(cnt_scan)//段码扫描频率
begin
case(cnt_scan[:])
'b00 :
en = 'b1110;
'b01 :
en = 'b1101;
'b10 :
en = 'b1011;
'b11 :
en = 'b0111;
default :
en = 'b1110;
endcase
end always@(en or index) //对应COM信号给出各段数据,段码
begin
if(index>= && index<=)
case(en)
'b1110:
dataout_buf<=index;
'b1101:
dataout_buf<=;
'b1011:
dataout_buf<=;
'b0111:
dataout_buf<=;
default:
dataout_buf<=;
endcase
else if(index >= && index <=)
case(en)
'b1110:
dataout_buf<=;
'b1101:
dataout_buf<=index - 'd7;
'b1011:
dataout_buf<=;
'b0111:
dataout_buf<=;
default:
dataout_buf<=;
endcase
else
case(en)
'b1110:
dataout_buf<=;
'b1101:
dataout_buf<=;
'b1011:
dataout_buf<=index - 'd14;
'b0111:
dataout_buf<=;
default:
dataout_buf<=;
endcase
end always@(dataout_buf)
begin
case(dataout_buf) //将要显示的数字译成段码
'b0000://0
dataout='b0000_0011;
'b0001://1
dataout='b1001_1111;
'b0010://2
dataout='b0010_0101;
'b0011://3
dataout='b0000_1101;
'b0100://4
dataout='b1001_1001;
'b0101://5
dataout='b0100_1001;
'b0110://6
dataout='b0100_0001;
'b0111://7
dataout='b0001_1111;
'b1000://8
dataout='b0000_0001;
'b1001://9
dataout='b0000_1001;
default://这里仅编译了0-9这几个数字
dataout='b1111_1111;//全灭
endcase
end endmodule

之后,我们在顶层编写,将各个模块连接起来。输入输出分清楚。再进行管脚的绑定,我们就可以进行程序的烧写了!烧写如我们所料,可以演奏音乐,并且在数码管上显示音调。

三、感悟

这是在一年前大学里学了EDA课程后,再一次拾起。年轻时候由于EDA是选修课程,尽管很感兴趣也很喜欢讲授课程的老师,但是还是没有很重视起来,觉得这些课程像高数大物之类般看看书完成完成课后作业便可以了,可是在每一次完成老师布置的大作业时的吃力,至今想想还是不容小觑的。那时的我不会查资料,不会从网上看别人发的经验帖,更是看代码也十分粗糙,也不会用仿真软件。总结起来就是不知道这些与时俱进的技术怎么学。现在很高兴的是,我又一次的拾起来这些大概还没忘记的知识。由于实习,我又一次接触了FPGA,并且将其作为我的毕设题目。这次,我一定要吸取经验,努力提高自己。如果不知道该努力什么,那么就把自己现在所面临的每一件事情做好。加油。

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