蜂鸣器实验报告

1 / 12 蜂鸣器实验报告 实 验 报 告 信息与通信工程学院 1 实验要求 用所学知识和编程技巧，编写一段程序，实现用蜂鸣器演奏一首歌曲。按下 按键，蜂鸣器唱出一首歌，歌曲可以自己选择，主要是通过不同的频率来实现不同的音调。 2 实验原理 蜂鸣器类型 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 1、压电式蜂鸣器主要由多谐振荡、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，多 谐振荡器起振 ,输出 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 2、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。 实验箱上蜂鸣器驱动原理：通过 FPGA的 143 管脚驱动蜂鸣器发声，不同的频率使蜂鸣器发出不同的音调。 音乐歌曲元素 2 / 12 一首歌曲由音调和节拍两个主要的元素组成。对于蜂鸣器来说，频率的高低决定了音调的高低。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。实际的设计在尽量减小频率误差的前提下去合适的基准频率。 给蜂鸣器输入相应的频率，可以使其发出表中所示的低音、中音、高音的 doxi的声音。将其按照音乐演奏的规律组合，便可以得到所需要的乐曲。 任务原理 音调的控制 频率的高低决定了音调的高低。音 乐的十二平均率规定；每两个 8度音之间的频率相差 1 倍。在两个 8 度音之间，又可分为 12个半音，每两个半音的频率比为 2。另外，音名 A 的频 率为 440Hz，音名 B到 C直接、 E 到 F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音 1 所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频的到，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。实际设计中，在3 / 12 尽量减小频率误差的前提下取适合的基准频率，本实验中取6MHz为基准频率。本题需要演奏的是两只老虎乐曲，该 乐曲各音阶频率及相应的分频比如表 2 所示，为了减小输出的偶次谐波分量，最后输出到蜂鸣器的波形应为对称方波，因此在到达蜂鸣器之前， 有一个二分频的分频器。 此外，对于乐曲中的休止符，只要将分频系数设为 0，即初始值为 2141=16383 即可，此时蜂鸣器不会发声。 音长的控制 音符的持续时间必须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。本实验中最短的音符为 4 分音符，如果将全音符的持续时间设为 1s 的话，则只需要再提供一个 4Hz 的时钟频率即可产生 4 分音符的时长。 如图 1 所示 是乐曲演奏电路的原理框，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的停留时间来实现，预置数停留时间越长，则该音符的演奏的时间越长。每个音符的演奏时间都是的整数倍，对于节拍长的音符，在记谱时可连续记录多次即可。 实验流程图 图 1 乐曲演奏的电路原理框图 4 / 12 3 FPGA所用的管脚分配 4 实验结果：在编辑框内输入好程序以后，对程序进行编 译，检查错误，无误后将其下 载到实验箱后，即可实现演奏两只老虎歌曲，可用按键 sw2 对其进行控制，当按键按下后，停止演奏，否则一直循环演奏。 5实验心得 通过这次实验，第一、我学到了一个有时序功能的器件如何用 verilog 语言实现其功能。在阅读程序、修改程序的过程中我更加熟悉了 verilog语言，掌握了基本的编写程序的技巧和能力。第二、我认识到了实际用软件实现相应功能，原理来源于数字电路的基础知识，但又区别与课本上的内容。而学习了 verilog语言，我意识到，不能从原有的思维 方式出发进行分析和编程，必须建立整体的概念，从输入输出的整体功能出发用程序建立模块。并通过模块和模块的嵌套或者连接实现相应功能。第三、通过修改程序的联系，我体会到了如何结合实际模块的时序功能用程序实现对器件的控制。 为了在课堂上完成这次实验，课下真的需要下一番功夫。首先，自己认真提前学习的语言的编程，又在课上听老师讲解重点。课下自己编写了一些简单的小程序，以熟悉语言，但是在课上分析的整体程序还是有一定困难，在老师5 / 12 的讲解下，才慢慢理解。在理解的基础上修改程序很简单，但是想要自己独立编写这样一个程序 ，我想，还需要很长时间的实践才能得以实现。所以，还有许多需要努力的地方。 通过这次实验，学到了很多东西，体会到了自己实现一个程序功能的小小喜悦，也认识到了自己只是 FPGA 道路上的新手，还有很多未知的知识需要学习。真正学习的历程需要在课下多下功夫，希望通过这学期的学习自己能熟练掌握一些编程的技术，培养良好的思维模式。 6 参考文献 1 王金明 . 数字系统设计与 Verilog HDL第 3版、第 2 版 , 电子工业出版社 , 2016、 XX. TP271/W24. 2 夏宇闻 . Verilog 数字系统设计教程 , 北京航空航天大学出版社 , 第 1、 2版 , XX. TP312VH/X31. 3 蒋璇，臧春华 . 数字系统设计与 PLD应用技术 , 电子工业出版社 , TP271/J63. 4 张前 , 王次炤， 音乐美学基础，人民音乐出版社 ,， J601/Z22 附录 1：两只老虎曲谱图 附录 2：程序清单 /音高与频率的对应关系 /-6 / 12 - /| | 1 | 2|3 |4 | 5 | 6|7 | /|低音 | | | | | 392Hz | 440Hz | | /|中音 | | | | | 784Hz | 880Hz | | /|高音 | 1568Hz | 1760Hz | /- module liangzhi; /模块名称songinput clk; /系统时钟 50MHz output beep; /蜂鸣器输出端 regbeep_r;/寄存器 reg7:0 state; /乐谱状态机 reg15:0count,count_end; reg23:0count1; / 乐 谱 参 数 :D=F/2K parameterL_5 = 16d63776,/低音 5 M_1 = 16d47774,/中音 1 M_2 = 16d42568,/中音 2 M_3 = 16d37919,/中音 3 M_4 = 16d35791,/中音 4 M_5 = 16d31888, M_6 = 16d28409; /中音 5 parameter TIME = 12000000;/控制每一个音的长短 assign beep = beep_r; /输出音乐 always begin 驱动蜂鸣器实验 一、实验要求 完成驱动蜂鸣器实验 二、实验目的 7 / 12 1. 2. 3. 4. 学习 Proteus软件的使用方法 学习 Keil软件的使用方法 学习端口输出的使用方法 掌握延时程序的设计 三、实验说明 分析系统要实现的功能，怎么设计实现方案，有哪些计算相关数据要计算，需要使用哪些什么特殊功能寄存器等， 四、硬件原理图及程序设计 硬件原理图设计 在 PROTEUS 中截图过来，并有文字说明 程序流程图设计 程序设源代码 #include sbit buzzer=P3 ; void delay; void pulse_BZ; main while 8 / 12 pulse_BZ; delay; void delay int i, j; for for; void pulse_BZ int i; for buzzer=1; delay; buzzer=0; delay; 将程序的源代码付上，主要句子和功能要有注释 五实验总结 1、实验过程中遇到的问题及解决方法 9 / 12 2、体会 汕 头 大 学 实 验 报 告 实验日期：年 月 日 指导老师： 实验者：合作者：班级： 实验一 电子音响 一、 实验目的 了解计算机发出不同音调声音的编程方法 。 二、 实验仪器 微机实验箱 PC机 三、 实验原理 四、 实验内容 利用定时器产生不同频率的方法，组成乐谱由单片机进行信息处理，经过放大利用 8032 口输出音乐。 五、 实验步骤 1、 实验连线 把用双头导线连至 VIN 插孔上，打开音频驱动的控制按钮。 2、 编写程序 填写老师所给代码的空缺部分 3、 观察运行结果 以连续方式运行程序，放出歌曲。 4、 终止运行 六、 实验代码注释 10 / 12 1、 2、 3、 4、 初始定义音乐数组，格式为：频率常数、节拍常数、频率常数、节拍常数； 重新设置定时器初值，从而产生 10MS精确定时； 微秒延时程序 TMOD = 0X01; /*选择中断方式 1*/ THO = /256; THO = %256; EA =1; /*开启中断 */ ETO = 1; /*开启定时器 */ TRO = 1; /*开启定时器 0，计时器开始计数 */ 程序开始执行，直到出现 0x00则结束演奏音乐； 程序开始执行直到出现 0xff，执行完毕之后暂停 100毫秒； 取频率是 m，节拍是 n； 调整产生的频率 ,可以通过在 m前的值来修正音调的高低 5、 6、 7、 8、 七、 流水灯代码及注释 #include void delay int a,b; for for; 11 / 12 void main while P1=0xff; delay;/*全部灯灭且延时 50毫秒 */ P1=0xfe; delay; /*亮第一盏灯且延时 50秒 */P1=0xfd; delay; /*亮第二盏灯且延时 50秒 */ P1=0xfb; delay; /*亮第三盏灯且延时 50秒 */P1=0xf7; delay; /*亮第四盏灯且延时 50秒 */P1=0xef; delay; /*亮第五盏灯且延时 50秒 */P1=0xcf; delay; /*亮第六盏灯且延时 50 秒 */ P1=0xbf;