计算机弹歌曲教程zhi,FPGA学习之蜂鸣器演奏乐曲(示例代码)

参考链接：http://www.cnblogs.com/kongtiao/archive/2011/07/20/2111581.html

一、实验目的：学习驱动FPGA之IO引脚来控制蜂鸣器演奏音乐。

二、实验环境：FPGA开发板AX301,Quartus ii

三、实验介绍：

我们都知道，乐曲由音调和音长组成，只要将音调和音长控制好就能演奏出动听的乐曲。下面将用Verilog HDL 硬件描述语言完成乐曲演奏的设计。

1、音调的控制

频率的高低决定了音调的高低。图1.1是音调和音律之间的关系。

图1.1 音调和音律之间的关系

所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得来的。由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将计算得到的分频数四舍五入取整。若基准频率过低，则由于分频比太小，四舍五入取证后的误差较大。若基准频率过高，虽然误差变小，但分频数将变大。实际的设计应综合考虑两方面的因素，在尽量减小频率误差的前提下去合适的基准频率。

本例中需要演奏的是梁祝，该乐曲各音阶频率及相应的分频比如图1.2所示。

图1.2 乐曲各音阶频率及相应的分频比

在表中除了给出分频比外，还给出了对应与各个音阶频率时计数器不同的预置数。对于不同的分频系数，只要加载不同的预置数即可。采用加载预置数实现分频的方法比采用反馈复零法节省资源，实现起来更容易。

2、音长的控制

音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。

本实验中演奏梁祝片断，最短的音符为四分音符。

3、乐曲演奏电路的原理框图

图1.3  乐曲演奏电路的原理框图

其中，乐谱产生电路用来控制音乐的音调和音长。控制音调通过设置计数器的预置数来实现，预置不同的数值可以使计数器产生不同频率的信号，从而产生不同的音调。控制音长是通过控制计数器预置数停留时间来实现，每个音符的演奏时间是0.25S的整数倍，对于节拍较长的音符，如二分音符。在记谱时将分别连续记录两次即可。

4、实验实现：

(1)在设计文件中输入Verilog代码。

1 //--------------------------------------------------------------------------------------------------

2 //

3 // Title : play

4 // Author : wangliang

5 //

6 //-------------------------------------------------------------------------------------------------

7 //-------------------------------------------------------------------------------------------------

8 //

9 // Description :

10 //

11 //-------------------------------------------------------------------------------------------------

12 `timescale 1 ns / 1 ps

13

14 module play ( audio , sys_CLK , button);

15

16 output audio;

17 input sys_CLK;

18 input button;

19

20 reg [23:0] counter4Hz,

21 counter6MHz;

22 reg [13:0] count,origin;

23 reg audiof;

24

25 reg clk_6MHz,

26 clk_4Hz;

27

28 reg [4:0] j;

29 reg [7:0] len;

30

31

32 assign audio= button? audiof : 1\'b1 ; //控制开关

33

34 always @(posedge sys_CLK) //6MHz分频

35 begin

36 if(counter6MHz==4)

37 begin

38 counter6MHz=0;

39 clk_6MHz=~clk_6MHz;

40 end

41 else

42 begin

43 counter6MHz=counter6MHz+1;

44 end

45 end

46

47 always @(posedge sys_CLK) //4Hz分频

48 begin

49 if(counter4Hz==6250000)

50 begin

51 counter4Hz=0;

52 clk_4Hz=~clk_4Hz;

53 end

54 else

55 begin

56 counter4Hz=counter4Hz+1;

57 end

58 end

59

60

61 always @(posedge clk_6MHz)

62 begin

63 if(count==16383)

64 begin

65 count=origin;

66 audiof=~audiof;

67 end

68 else

69 count=count+1;

70 end

71

72

73 always @(posedge clk_4Hz)

74 begin

75 case(j)

76 \'d1:origin=\'d4916; //low

77 \'d2:origin=\'d6168;

78 \'d3:origin=\'d7281;

79 \'d4:origin=\'d7791;

80 \'d5:origin=\'d8730;

81 \'d6:origin=\'d9565;

82 \'d7:origin=\'d10310;

83 \'d8:origin=\'d010647; //middle

84 \'d9:origin=\'d011272;

85 \'d10:origin=\'d011831;

86 \'d11:origin=\'d012087;

87 \'d12:origin=\'d012556;

88 \'d13:origin=\'d012974;

89 \'d14:origin=\'d013346;

90 \'d15:origin=\'d13516; //high

91 \'d16:origin=\'d13829;

92 \'d17:origin=\'d14108;

93 \'d18:origin=\'d11535;

94 \'d19:origin=\'d14470;

95 \'d20:origin=\'d14678;

96 \'d21:origin=\'d14864;

97 default:origin=\'d011111;

98 endcase

99 end

100

101 always @(posedge clk_4Hz) //乐谱

102 begin

103 if(len==63)

104 len=0;

105 else

106 len=len+1;

107 case(len)

108 0:j=3;

109 1:j=3;

110 2:j=3;

111 3:j=3;

112 4:j=5;

113 5:j=5;

114 6:j=5;

115 7:j=6;

116 8:j=8;

117 9:j=8;

118 10:j=8;

119 11:j=6;

120 12:j=6;

121 13:j=6;

122 14:j=6;

123 15:j=12;

124 16:j=12;

125 17:j=12;

126 18:j=15;

127 19:j=15;

128 20:j=15;

129 21:j=15;

130 22:j=15;

131 23:j=9;

132 24:j=9;

133 25:j=9;

134 26:j=9;

135 27:j=9;

136 28:j=9;

137 29:j=9;

138 30:j=9;

139 31:j=9;

140 32:j=9;

141 33:j=9;

142 34:j=10;

143 35:j=7;

144 36:j=7;

145 37:j=6;

146 38:j=6;

147 39:j=5;

148 40:j=5;

149 41:j=5;

150 42:j=6;

151 43:j=8;

152 44:j=8;

153 45:j=9;

154 46:j=9;

155 47:j=3;

156 48:j=3;

157 49:j=8;

158 50:j=8;

159 51:j=8;

160 52:j=5;

161 53:j=5;

162 54:j=8;

163 55:j=5;

164 56:j=5;

165 57:j=5;

166 58:j=5;

167 59:j=5;

168 60:j=5;

169 61:j=5;

170 62:j=5;

171 63:j=5;

172 endcase

173

174 end

175 endmodule

(2)由设计文件生成的.bsf文件，乐曲演奏的外接接口如图1.4所示。

图1.4  乐曲演奏的外接接口

(3)分配引脚：

将sys_CLK信号接时钟，button接按键，audio接蜂鸣器，这里就不贴出具体的引脚图了，大家可以根据自己的开发板对应起来。

(4)实验结果：

当打开按键时，就能听到完整的梁祝乐曲了。但是总感觉音乐有点变味了，不知道是蜂鸣器的原因还是程序的bug！