炼狱传奇-音乐播放器之战

梦翼师兄

炼狱传奇-音乐播放器之战 [复制链接]

经过前面的学习，相信大家已经掌握了软件的基本操作和设计的基本流程，接下来我们尝试设计一个比较有趣的东西，那就是一个音乐播放器，可以用来播放自己的爱曲。

在做FPGA设计之前，我们先来了解一下声音是怎么播放出来的，首先我们在本次设计中，用到的是一个无源蜂鸣器，如下图所示：

由于FPGA的驱动能力不够，我们添加了一个三极管来驱动这个无源蜂鸣器，而无源蜂鸣器的主要特点是内部不带振荡源，所以如果使用直流信号是无法使无源蜂鸣器鸣叫的，必须使用方波去驱动它。

现在我们明白了，只要往蜂鸣器发送一定频率的方波，就可以使得蜂鸣器发出声音，然后现在的问题是，我们究竟要往蜂鸣器发送什么频率的方波信号呢？具体的频率可以查看下图：

现在我们知道了如何让蜂鸣器响起，又知道发送什么频率可以让蜂鸣器响起什么的声音，所以我相信我们已经有能力让蜂鸣器响起我们需要的音乐了。

下面我们来FPGA来设计一个蜂鸣器的播放器，首先我们至芯板子上FPGA的晶振是50Mhz的，所以我们首先需要一个锁相环模块(PLL)来得到一个比较低的频率，然后在用这个比较低的频率来分出所需要的频率送往蜂鸣器，有了锁相环（PLL），有了锁相环，我们就需要有一个模块来保存我们的音乐，那就ROM模块，这个我们可以通过IP核来创建，有了PLL和ROM模块，我们还需要一样东西，那就是音乐的节拍控制器，就比如，我现在要发出一个低音1需要维持1秒钟，那怎么办呢，所以我们需要一个模块控制每0.25秒钟，ROM的地址才自动加一，若要发出一个低音1需要维持1秒钟，我们仅仅需要在ROM里面的连续4个地址数写上低音1即可，具体的设计架构图如下图所示：

由上图可知，整个FPGA设计里面一共有6个模块，其中PLL模块，是把50Mhz的时钟信号降到1Mhz，而ROM模块式存储音乐的数据，Time_counter模块是一个计数器模块，每当到0.25秒之后，Time_counter输出的Time_finsh信号会变一个时钟周期的高电平，发送个Addr_gen模块，让ROM输出下一个地址的数据，简单来说，就是实现0.25秒之后，把ROM的地址加一，读取下一个音乐数据。而decode解码模块，是把的数据解码然后发到Music_gen模块，产生特定的方波频率。而为了方便我们往ROM保存的数据时8’hAB，其中A暂时只有3个值，1,2,4分别表示低音，中音，高音，而B暂时有7个值，分别是1,2,3,4,5,6,7，比如，现在要产生一个低音1，仅仅需要在ROM里面写8’H11，需要产生一个高音5，则需要在ROM里面写8’H45依次类推。但是实际上，你要产生一个低音1，然后把ROM里面的8’H11发给Music_gen是不行的，因为在ROM里面的数据是为了方便我们编写音乐而定义成这样的格式，所以我们需要一个decode模块（解码模块）来把ROM的数据还原成Music_gen所需要的数据。

Time_counter的功能很简单，就不断的计数，当计数到249_999（1Mhz/4Hz=250_000-1 ,4Hz=0.25S）的时候数据选择器选择18’d0，让count归零，然后又继续累加，直到计数到249_999，不断这样循环。

下面是FPGA代码：

Addr_gen模块的主要功能就是，每当Time_finsh变成高电平（每0.25s）的时候，ROM的地址信号线Addr自加一，FPGA代码如下：

decode模块其实就是一个22的数据选择器，每一个音对应一个数据，接着我们看看decode的FPGA代码：

在Music_gen模块中，music_data的会寄存在data寄存器里面，当data=11’d0（停止节拍）的时候，计数器count归一，输出的方波信号beep归零，当data！=11’d0的时候，就判断当前计数器的值是否小于等于data的值，如果计数器的值小于等于data的值，计数器继续累加，输出的方波信号beep不变，当计数器的值大于等于data的值，计数器归一，输出的方波信号beep取反，通过改变data的值来改变输出的方波频率。

最后我们看看Music_gen的FPGA代码：

   顶层设计就是把各个模块之间的线连接在一起。

                              顶层设计FPGA代码如下：

仿真代码如下：

仿真结果如下：

由仿真图可知，当ROM输出的q等于23的时候，代表着输出中音3，解码后的结果等于758，输出的方波周期等于1.518ms，等于658.76Hz约等于中音3的659.25Hz，当ROM输出的q等于00的时候，代表着输出停止节拍，解码后的结果等于0，输出一个低电平，当ROM输出的q等于24的时候，代表着输出中音4，解码后的结果等于716，输出的方波周期等于1.434ms，等于697.35Hz约等于中音4的698.46Hz，虽然存在一点误差，当并不影响音乐播放器的功能，若如果有同学想把精度提上去，可以把时钟1Mhz的时钟频率网上提高，时钟频率越高，分频精度越高，误差即可越小。下面送上一首歌曲欢乐颂的ROM数据：

wajuka

好详细 顶

mengshouwen

顶一哈

ou513

牛掰啊

5之蒲公英

好详细，谢谢分享

641734667