效果演示

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基础知识

蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子发声器件，广泛应用于计算机、报警器、电子玩具、电话机、定时器等电子产品中，如图所示为市场上常见的蜂鸣器产品，一种是有源蜂鸣器，另一种是无源蜂鸣器。

有源蜂鸣器直接接上额定电源就可连续发声，有源蜂鸣器工作的理想信号是直流电。因为蜂鸣器内部有一简单的振荡电路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从而实现磁场交变，带动钼片振动发音。但是在某些有源蜂鸣器在特定的交流信号下也可以工作，只是对交流信号的电压和频率要求很高，此种工作方式一般不采用。无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声，原因在于内部没有驱动电路。无源蜂鸣器工作的理想信号是方波。如果给预直流信号蜂鸣器是不响应的，因为磁路恒定，钼片不能振动发音。

有源蜂鸣器

无源蜂鸣器

一般的，两种蜂鸣器外观上看有些不同，如图所示，蜂鸣器背面可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。当然从外观上看多数可以这样判断，而最准确的判断方法可以用万用表电阻档 Rxl 档来测试：用黑表笔接蜂鸣器 "+"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有 8 (或 16 )的是无源蜂蜂鸣器；如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声；而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。

实验平台采用的蜂鸣器控制电路如图所示：

蜂鸣器控制电路

实验原理

(1)一个音阶对应一个频率，要获取对应的频率可直接使用宏模块LPM_COUNTER对时钟进行分频。以高音C(1)为例，其频率为523Hz，现有系统时钟频率为50MHz，直接使用宏模块，为得到50*10^6 /523≈95602的分频，选择2^17=131072，最后q[16..0]为得到的分频。这种分频方式比较精准。

LPM_COUNTER

按照上述方法，生成所有音阶。

各个音阶对应频率

(2) 调整频率占空比。占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率，方波的占空比为50％，占空比为0.5,说明正电平所占时间为0.5个周期。若信号的周期为T，每周期高电平时间为t1，低电平时间为t2，T=t1+t2,则占空比D=t1/T。当占空比的比例在80%时，蜂鸣器发出的声音会比较理想。调整频率占空比可直接使用宏模块中的比较器LPM_COMPARE，当比较器“小于”80%的频率时，输出端获取合适的占空比。

LPM_COMPARE

(3)音乐播放器需要使用的各音阶应该先生成备用，以便乐谱选择音阶实现乐谱的播放。将以生成的各个音阶对应的频率放入如图74151的D0 ~ D7通道中，通过74151多路选择器ABC通道的编码输入，选择D0 ~ D7通道的音阶，从Y通道输出频率，驱动蜂鸣器发音，最终实现产生音阶的播放。如需要输出的音阶数量大于74151多路选择器的输入端口，可选择LPM_MUX多路选择器，其功能与74151相同，输入信号可从data[X..0]（注：X最大值为256）进入，选择信号从sel[7..0]进入，最终输出信号从result端口输出。

74151

LPM_MUX

(4)本次实验的乐谱用如图LPM_ROM记录频率输出规律的方法，实现记录频率输出的顺序，达到音乐被完整记录的效果。宏模块LPM_ROM作为存储器，q[2..0]为其数据输出端口，其输出总线的宽度最大可达256bit，将存储内最大的数据转换为二进制，则输出总线需要的最大宽度就为此二进制的位数；address[7..0]负责这个存储器数据的选择，也代表了这个存储器的内存宽度，最大可达65536个3字位；clock则是此存储器的时钟，负责LPM_ROM的驱动。LPM_ROM最重要的数据存储是通过如图mif文件格式存储的，只需将“小星星”简谱输入到mif文件中保存。