Xilinx FPGA入门连载11：PWM蜂鸣器驱动之功能概述

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蜂鸣器是一种最简单的发声元器件，它的应用也非常广泛，大都是作为报警或发声提醒装置。比如我们家里的电脑在刚开启时，通常主板上会发出一声较短的尖锐的“滴……”的鸣叫声，提示用户主板自检通过，可以正常进行后面的启动；而如果是1长1短或1长2短的鸣叫声，则表示可能发生了电脑内存或显卡故障；当然还可以有其他不同的鸣叫声提示其他的故障，总而言之，可别小看了这颗区区几毛钱的小家伙，关键时刻还挺有用的。可以毫不夸张的说，蜂鸣器也算是一种人机交互的手段。

PWM（Pulse Width Modulation），即脉冲宽度调制，如下图所示，PWM的输出只有高电平1和低电平0。PWM不停的重复输出周期为T，其中高电平1时间为t的脉冲，t/T是它的占空比，1/T是它的频率。

      如下图所示，这是SF-SP6板上蜂鸣器的电路原理图，BEEP网络连接到FPGA的IO上，当BEEP = 1时，三极管Q1的BE导通，则CE也导通，那么U4的2端直接接地，因此在它两端有5V的电压，那么蜂鸣器就发声了。同理，BEEP =0时，Q1截止，U4的2端相当于开路，则蜂鸣器不会发出声音。

         如下图所示，基于蜂鸣器在FPGA的IO输出1就发声、0则不发声的原理，我们给IO口一个占空比为50%的PWM的信号，让蜂鸣器间歇性的发声鸣叫。如果它的频率高则发声就显得相对尖锐急促一些，如果它的发声频率低则发声就显得低沉平缓一些。

         在我们给出的实例代码中，我们期望产生一个输出频率为25Hz（40ms）、占空比为50%的PWM信号去驱动蜂鸣器的发声。因此，我们使用系统时钟25MHz（40ns）进行计数，每计数1,000,000次，这个计数器就清零重新计算。因为这个计数器是2进制的，要能够表达0-999999的任意一个计数值，那么这个2进制计数器至少必须是20位的。此外，为了得到输出的PWM占空比为50%，那么我们只要判断计数值小于最大计数值的一半即500000时，输出高电平1，反之输出低电平0。

//产生频率为25Hz，占空比为50%的蜂鸣器发声信号

module sp6(

            input ext_clk_25m,  //外部输入25MHz时钟信号

            input ext_rst_n,    //外部输入复位信号，低电平有效

            output reg beep //蜂鸣器控制信号，1--响，0--不响

        );

//-------------------------------------

reg[19:0] cnt;      //20位计数器

    //cnt计数器进行0-999999的循环计数，即ext_clk_25m时钟的1000000分频，对应cnt一个周期为25Hz

always @ (posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)

    if(!ext_rst_n) cnt <= 20'd0;

    else if(cnt < 20'd999_999) cnt<= cnt+1'b1;

    else cnt <= 20'd0;

//-------------------------------------

    //产生频率为25Hz，占空比为50%的蜂鸣器发声信号

always @ (posedge ext_clk_25m or negedge ext_rst_n)

    if(!ext_rst_n) beep <= 1'b0;

    else if(cnt < 20'd500_000) beep<= 1'b1;    //蜂鸣器响

    else beep <= 1'b0;      //蜂鸣器不响

endmodule