1 项目需求

1. 通过PWM产生不同的音调，并驱动板上蜂鸣器将音调输出
2. 能够播放三首不同的曲子，每个曲子的时间长度为1分钟，可以切换播放
3. 曲子的切换使用扩展板的按键，需要有按键消抖的功能
4. 播放的曲子的名字在OLED屏幕上显示出来（汉字显示）

2 完成的功能及达到的性能

2.1歌曲及时长的显示

将文件录入后，进入初始页面，如下图所示：

按下"RUN”按键，执行“reset”指令，即可在64x128的OLED屏幕上显示出歌曲的汉字名称以及时长（距离歌曲结束所剩余的时间）。初始的歌曲为火影忍者的主题曲青鸟，如下图所示：

2.2歌曲的切换

“K1”按键可执行“下一曲”的指令，按下“K1”键，由第一首歌曲切换到第二首歌曲“党歌”（即国际歌），其歌曲名及时长如下图所示：

再次按下“K1”键，由第二首歌曲切换到第三首歌曲——陈奕迅的“好久不见”，其歌曲名及时长如下图所示：

2.3歌曲的播放与暂停

“K2”按键可执行歌曲的播放与暂停功能，按下“K2”键，播放第一首歌曲“青鸟”一段时间后，如下图所示：

经过一段时间后，再次按下“K2”键，即可实现暂停，如下图所示：

3 实现思路

   1. 分别设计"beeper"（蜂鸣器）、"oled"（OLED屏幕）、"debounce"（消抖）、"timer"（计时器）四个模块，再通过"top"（顶层）模块将它们连接起来。

   2. "beeper"（蜂鸣器）模块用于实现歌曲的播放功能。运用PWM技术对占空比进行调制，从而产生不同的频率，并将其分为三个大段的七个音阶，实现对音符的调节。再通过音符表与节拍表的一一对应，即可实现播放功能。

   3. "oled"（OLED屏幕）模块用于实现歌曲名称的显示（汉字名称），以及歌曲时长的显示功能。其规格为64x128，运用小脚丫的基本程序代码，通过排列8x8的屏幕块，实现16x16的汉字、16x8的数字输入及显示。

   4. "debounce"（消抖）模块用于实现按键的消抖功能。这一部分可以直接运用小脚丫的程序代码，实现“K1”和“K2”两个按键的消抖。

   5. "timer"（计时器）模块用于实现计时功能。将时钟分为分、秒（十位）和秒（个位），初始时间需要计算并录入，之后每秒减1，实现对歌曲剩余时间的记录。

4 实现过程

4.1PWM产生音阶

根据不同的音节控制，选择对应的计数终值（分频系数）。低音1的频率为261.6Hz，蜂鸣器控制信号周期应为12MHz/261.6Hz = 45871.5，因为本设计中蜂鸣器控制信号是按计数器周期翻转的，所以几种终值 = 45871.5/2 = 22936，需要计数22936个，计数范围为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;	
	endcase
end

4.2字幕选择数据

将汉字与数字通过choice分成8x8的小块排列输入并显示

always@(posedge clk or negedge rst_n)//字幕选择数据
begin
		if(!rst_n) begin
			choice[0] = 128'h0102_0000_0506_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[1] = 128'h0304_0000_0708_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[2] = time_1;
			choice[3] = time_2; end
		else if(flag==3'd1) begin
			choice[0] = 128'h0102_0000_0506_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[1] = 128'h0304_0000_0708_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[2] = time_1;
			choice[3] = time_2; end
		else if(flag==3'd2) begin
			choice[0] = 128'h090a_0000_0d0e_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[1] = 128'h0b0c_0000_0f10_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[2] = time_1;
			choice[3] = time_2; end
		else if(flag==3'd3) begin
			choice[0] = 128'h1112_0000_1516_0000_191a_0000_1d1e_0000;
			choice[1] = 128'h1314_0000_1718_0000_1b1c_0000_1f20_0000;
			choice[2] = time_1;
			choice[3] = time_2; end
		else begin
			choice[0] = 128'h0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[1] = 128'h0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[2] = 128'h0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000;
			choice[3] = 128'h0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000; end
end

4.3设置初始时间并实现计时

将时钟分为分、秒（十位）和秒（个位），每一首歌曲的总时长需要提前计时，并对每一位分别录入，设置flag_pre来存储前一步的flag状态，与现在flag相比较，如果发生变化则切换计时，计时过程中，由秒（个位）开始减1，以此类推。

always@(posedge clk or negedge rst) begin
	if(!rst) begin
		minute <= 2'd1; 
		second_ge <= 4'd4;
		second_shi <= 1'b0;
		flag_pre <= 3'd1;
		count <= 1'b0; end
	else if(flag_pre != flag) begin
		case(flag)
			3'd1:	begin second_ge <= 4'd4;second_shi <= 1'b0;minute <= 2'd1; end
			3'd2:	begin second_ge <= 4'd5;second_shi <= 1'b1;minute <= 2'd1; end
			3'd3:	begin second_ge <= 4'd1;second_shi <= 4'd4;minute <= 2'd1; end
		endcase
		flag_pre <= flag;
		count <= 1'b0;
		end
	else if(!ss) begin
		count <= count; 
		end
	else if((count >= 24'd12000000)&&(second_ge == 4'd0)&&(second_shi != 4'd0)) begin
		second_ge <= 4'd9;
		second_shi <= second_shi - 1'b1;
		count <= 1'b0;
		end
	else if((count >= 24'd12000000)&&(second_ge == 4'd0)&&(second_shi == 4'd0)&&(minute !=2'd0)) begin
		second_ge <= 4'd9;
		second_shi <= 4'd5;
		minute <= minute - 1'b1;
		count <= 1'b0;
		end
	else if((count >= 24'd12000000)&&(second_ge == 4'd0)&&(second_shi == 4'd0)&&(minute ==2'd0)) begin
		second_ge <= 1'b0; 
		second_shi <= 1'b0;  
		minute <= 1'b0;
		count <= 1'b0; end
	else if(count >= 24'd12000000) begin
		count <= 1'b0;
		second_ge <= second_ge - 1'b1; end
	else begin count <= count + 1'b1; end
end

5 遇到的主要难题

   1. PWM实现音阶的输出

   2. 歌曲节拍的计算

   3. 汉字和数字在OLED屏幕上的输入与显示

   4. 歌曲计时初值的设定

6 未来的计划建议

该项目已经成功实现了音乐播放器的功能，并达到了预期指标。然而通过更换硬件，还有许多可以提升与扩展的地方：

   1. 歌曲数目较少，可添加更多歌曲

   2. 可进行按键的调节，实现倍速播放

   3. 运用彩灯功能，实现播放歌曲的同时再增加彩灯效果