基礎(chǔ)知識(shí)之Buzzer - 蜂鳴器

作者：時(shí)間：2024-03-27 來源：電子森林

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202403/456865.htm

和LED常用于發(fā)光指示一樣，作為一種聲音模塊，蜂鳴器常被用于做發(fā)聲的功能。有源蜂鳴器通過內(nèi)置的振蕩器，發(fā)出單一固定頻率提示性報(bào)警聲音；無源蜂鳴器是通過不同頻率的脈沖驅(qū)動(dòng)，可以發(fā)出不同頻率的聲音信號(hào)。

蜂鳴器的分類：按其結(jié)構(gòu)主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型：

電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。
壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5～15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。

按是否帶有信號(hào)源分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種類型：

有源蜂鳴器只需要在其供電端加上額定直流電壓，其內(nèi)部的震蕩器就可以產(chǎn)生固定頻率的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。
無源蜂鳴器可以理解成與喇叭一樣，需要在其供電端上加上高低不斷變化的電信號(hào)才可以驅(qū)動(dòng)發(fā)出聲音。

本章節(jié)主要介紹無源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)PGA或MCU的GPIO口驅(qū)動(dòng)能力弱，不能直接驅(qū)動(dòng)無源蜂鳴器，常用的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路如下：

蜂鳴器使用NPN三極管（9013）驅(qū)動(dòng)，三極管當(dāng)開關(guān)用，當(dāng)基極電壓拉高時(shí)，蜂鳴器通電，當(dāng)基極電壓拉低時(shí)，蜂鳴器斷電，MCU或FPGA控制GPIO口給三極管的基極輸出不同頻率的脈沖信號(hào)，蜂鳴器就可以發(fā)出不同的音節(jié)。不同音節(jié)與蜂鳴器震蕩頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

Play Tones Using the PWM
Play Three Tones
Play a Scale
Play Mario on MicroPython
播放音頻文件
轉(zhuǎn)換MP3音頻文件為Wav文件
buzzer_music

在FPGA中使用PWM來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使用計(jì)數(shù)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)終值從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)頻率的目的，使用PWM信號(hào)控制蜂鳴器電路。

// --------------------------------------------------------------------
// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
// --------------------------------------------------------------------
// Module: Beeper// Author: Step// Description: Beeper
// --------------------------------------------------------------------
// Code Revision History :
// --------------------------------------------------------------------
// Version: |Mod. Date:   |Changes Made:
// V1.0     |2016/04/20   |Initial ver
// --------------------------------------------------------------------
module Beeper(input					clk_in,		//系統(tǒng)時(shí)鐘
input					rst_n_in,	//系統(tǒng)復(fù)位，低有效
input					tone_en,	//蜂鳴器使能信號(hào)
input			[4:0]	tone,		//蜂鳴器音節(jié)控制
output	reg				piano_out	//蜂鳴器控制輸出); 
/*
無源蜂鳴器可以發(fā)出不同的音節(jié)，與蜂鳴器震動(dòng)的頻率（等于蜂鳴器控制信號(hào)的頻率）相關(guān)，
為了讓蜂鳴器控制信號(hào)產(chǎn)生不同的頻率，我們使用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)（分頻）實(shí)現(xiàn)，不同的音節(jié)控制對(duì)應(yīng)不同的計(jì)數(shù)終值（分頻系數(shù)）
計(jì)數(shù)器根據(jù)計(jì)數(shù)終值計(jì)數(shù)并分頻，產(chǎn)生蜂鳴器控制信號(hào)
*/ 
reg [15:0] time_end;
//根據(jù)不同的音節(jié)控制，選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)終值（分頻系數(shù)）
//低音1的頻率為261.6Hz，蜂鳴器控制信號(hào)周期應(yīng)為12MHz/261.6Hz = 45871.5，
//因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中蜂鳴器控制信號(hào)是按計(jì)數(shù)器周期翻轉(zhuǎn)的，所以幾種終值 = 45871.5/2 = 22936
//需要計(jì)數(shù)22936個(gè)，計(jì)數(shù)范圍為0 ~ (22936-1)，所以time_end = 22935
always@(tone) begin
	case(tone)
		5'd1:	time_end =	16'd22935;	//L1,
		5'd2:	time_end =	16'd20428;	//L2,
		5'd3:	time_end =	16'd18203;	//L3,
		5'd4:	time_end =	16'd17181;	//L4,
		5'd5:	time_end =	16'd15305;	//L5,
		5'd6:	time_end =	16'd13635;	//L6,
		5'd7:	time_end =	16'd12147;	//L7,
		5'd8:	time_end =	16'd11464;	//M1,
		5'd9:	time_end =	16'd10215;	//M2,
		5'd10:	time_end =	16'd9100;	//M3,
		5'd11:	time_end =	16'd8589;	//M4,
		5'd12:	time_end =	16'd7652;	//M5,
		5'd13:	time_end =	16'd6817;	//M6,
		5'd14:	time_end =	16'd6073;	//M7,
		5'd15:	time_end =	16'd5740;	//H1,
		5'd16:	time_end =	16'd5107;	//H2,
		5'd17:	time_end =	16'd4549;	//H3,
		5'd18:	time_end =	16'd4294;	//H4,
		5'd19:	time_end =	16'd3825;	//H5,
		5'd20:	time_end =	16'd3408;	//H6,
		5'd21:	time_end =	16'd3036;	//H7,
		default:time_end =	16'd65535;	
	endcaseend reg [17:0] time_cnt;//當(dāng)蜂鳴器使能時(shí)，計(jì)數(shù)器按照計(jì)數(shù)終值（分頻系數(shù)）計(jì)數(shù)
	always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
	if(!rst_n_in) begin
		time_cnt <= 1'b0;
	end else if(!tone_en) begin
		time_cnt <= 1'b0;
	end else if(time_cnt>=time_end) begin
		time_cnt <= 1'b0;
	end else begin
		time_cnt <= time_cnt + 1'b1;
	endend //根據(jù)計(jì)數(shù)器的周期，翻轉(zhuǎn)蜂鳴器控制信號(hào)
	always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
	if(!rst_n_in) begin
		piano_out <= 1'b0;
	end else if(time_cnt==time_end) begin
		piano_out <= ~piano_out;	//蜂鳴器控制輸出翻轉(zhuǎn)，兩次翻轉(zhuǎn)為1Hz
	end else begin
		piano_out <= piano_out;
	end
	end endmodule