内容介绍
内容介绍
项目名称 - 利用PWM制作一个音乐播放器
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)
设计思路，我是考虑用pwm波来控制蜂鸣器的发声，频率的高低可以发出不同高低的声音，然后我规定的0.2s一个音符，在0.2秒内通过改变频率从而达到发出不同的声音，在把各种音符的频率换算成为count的数量,从而实现歌曲的编写，然后，关于oled，我参考了例程的写法，在此基础上进行修改达到我所需要的效果.
硬件主要是从硬禾学堂购买的基于ice40up5k的fpga学习平台，本fpga的时钟频率为12MHZ。主要使用的复位按键和状态跳转按键，蜂鸣器，和oled屏幕显示
功能，接通电源后按下复位键，开始播放第一首曲子，为花之舞，并显示，按下k1，蜂鸣器换成群青，oled上面也同时改变，再按下k1，蜂鸣器开始播放小星星，oled上面也同时改变汉字显示。
我的项目主要用到的是三个模块：oled模块，蜂鸣器模块，和按键消抖模块，下图为三者之间的关系
接下来说明一下主要模块的代码
首先是oled模块
当cnt_mian 为9，10，11时，显示汉字。
MAIN:begin
if(start == 1'b0)
cnt_main <= 5'd0;
if(cnt_main >= 5'd12) cnt_main <= 5'd13;//接下来执行空操作，实现数据只刷新一次
else cnt_main <= cnt_main + 1'b1;
case(cnt_main) //MAIN状态
5'd0 : begin state <= INIT; end
5'd1 : begin y_p <= 8'hb0; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd2 : begin y_p <= 8'hb1; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd3 : begin y_p <= 8'hb2; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd4 : begin y_p <= 8'hb3; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd5 : begin y_p <= 8'hb4; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd6 : begin y_p <= 8'hb5; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd7 : begin y_p <= 8'hb6; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd8 : begin y_p <= 8'hb7; x_ph <= 8'h10; x_pl <= 8'h00; num <= 5'd16; char <= " ";state <= SCAN; end
5'd9 : begin y_p <= 8'hb0; x_ph <= 8'h12; x_pl <= 8'h00; mem_hanzi_num <= 8'd0; state <= CHINESE; end
5'd10: begin y_p <= 8'hb0; x_ph <= 8'h13; x_pl <= 8'h00; mem_hanzi_num <= 8'd2; state <= CHINESE; end
5'd11 : begin y_p <= 8'hb0; x_ph <= 8'h14; x_pl <= 8'h00; mem_hanzi_num <= 8'd4; state <= CHINESE; end
//default: state <= IDLE; //如果你需要动态刷新一些信息，此行应该取消注
endcase
end接下来就是字库，通过一个zimo的软件生成的
always@(posedge clk or negedge rst_n)
case(state_o)
one:
begin
mem_hanzi[ 0 ] = {8'h04,8'h04,8'h04,8'h84,8'h6F,8'h04,8'h04,8'h04,8'hE4,8'h04,8'h8F,8'h44,8'h24,8'h04,8'h04,8'h00};
mem_hanzi[ 1 ] = {8'h04,8'h02,8'h01,8'hFF,8'h00,8'h10,8'h08,8'h04,8'h3F,8'h41,8'h40,8'h40,8'h40,8'h40,8'h78,8'h00};//花
mem_hanzi[ 2 ] = {8'h00,8'h10,8'h10,8'h10,8'h10,8'h10,8'h11,8'h16,8'h10,8'h90,8'h50,8'h30,8'h10,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 3 ] = {8'h00,8'h40,8'h20,8'h10,8'h10,8'h28,8'h44,8'h42,8'h41,8'h40,8'h40,8'h40,8'h40,8'h40,8'h40,8'h00};//之
mem_hanzi[ 4 ] = {8'h00,8'h94,8'h92,8'h93,8'hFE,8'h92,8'hFE,8'h92,8'hFE,8'h92,8'hFE,8'h92,8'h92,8'h92,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 5 ] = {8'h80,8'h88,8'h44,8'h57,8'h24,8'h14,8'h0C,8'h00,8'h34,8'h24,8'h24,8'hFF,8'h24,8'h24,8'h20,8'h00};//舞
end
two:
begin
mem_hanzi[ 0 ] = {8'h10,8'h92,8'h92,8'hFE,8'h92,8'h92,8'hFE,8'h10,8'h09,8'h8A,8'h8C,8'hF8,8'h8C,8'h8A,8'h09,8'h00};
mem_hanzi[ 1 ] = {8'h10,8'h0C,8'hFF,8'h44,8'h44,8'h44,8'hFC,8'h00,8'h08,8'h08,8'h08,8'hFF,8'h08,8'h08,8'h08,8'h00};//群
mem_hanzi[ 2 ] = {8'h40,8'h44,8'h54,8'h54,8'h54,8'h54,8'h54,8'h7F,8'h54,8'h54,8'h54,8'h54,8'h54,8'h44,8'h40,8'h00};
mem_hanzi[ 3 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'hFF,8'h15,8'h15,8'h15,8'h15,8'h15,8'h55,8'h95,8'h7F,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};//青
mem_hanzi[ 4 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 5 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};//第三个不显示
end
thr:
begin
mem_hanzi[ 0 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'hE0,8'h00,8'h00,8'h00,8'hFF,8'h00,8'h00,8'h00,8'h20,8'h40,8'h80,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 1 ] = {8'h08,8'h04,8'h03,8'h00,8'h00,8'h40,8'h80,8'h7F,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h01,8'h0E,8'h00};//小
mem_hanzi[ 2 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'hBE,8'h2A,8'h2A,8'h2A,8'hEA,8'h2A,8'h2A,8'h2A,8'h3E,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 3 ] = {8'h00,8'h44,8'h42,8'h49,8'h49,8'h49,8'h49,8'h7F,8'h49,8'h49,8'h49,8'h49,8'h41,8'h40,8'h00,8'h00};//星
mem_hanzi[ 4 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'hBE,8'h2A,8'h2A,8'h2A,8'hEA,8'h2A,8'h2A,8'h2A,8'h3E,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 5 ] = {8'h00,8'h44,8'h42,8'h49,8'h49,8'h49,8'h49,8'h7F,8'h49,8'h49,8'h49,8'h49,8'h41,8'h40,8'h00,8'h00};//星
end
default:
begin
mem_hanzi[ 0 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 1 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 2 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 3 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 4 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
mem_hanzi[ 5 ] = {8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00,8'h00};
end
endcase蜂鸣器模块(ss.v)
蜂鸣器，主要就是计算各种参数，然后把曲子按照顺序排列上去一个一个写即可
本fpga的时钟频率为12MHZ，所以0.2S也就是 12 * 10^6*0.2 = 2400000，又因为从0开始计数
所以最大的数字为2399999，相应的其他频率代表的数字，就用12m去除就行。
#(
parameter cnt_max = 23'd2399999,
parameter do1 = 16'd45871,
parameter re1 = 16'd40857,
parameter mi1 = 16'd36406,
parameter fa1 = 16'd34363,
parameter so1 = 16'd30612,
parameter la1 = 16'd27271,
parameter xi1 = 16'd24295,
parameter do = 16'd22927,
parameter re = 16'd20230,
parameter mi = 16'd18200,
parameter fa = 16'd17177,
parameter so = 16'd15303,
parameter doh = 16'd11463,
parameter sos= 16'd14446,
parameter la = 16'd13633,
parameter xi = 16'd12145,
parameter reh = 16'd10214,
parameter mih = 16'd9298,
parameter fah = 16'd8589,
parameter soh = 16'd7651,
parameter xih = 16'd6073,
parameter no = 16'd600
)各种参数是根据板子的时钟频率以及各种音符的频率相除得到的，这些都需要事先计算
之后就是如何写的，首先，我规定，一个音符的时间为0.2s所以设置一个cnt变量，每到一个0.2就重新技术，再每个0.2s之间，通过改变freqdata的数值，达到频率不同的目的，从而达到发出不同的声音的目的。
下面以我的一首歌群青为例子
9'd0: freqdata <= mi;
9'd1: freqdata <= mi;
9'd2: freqdata <= mi ;
9'd3: freqdata <= re ;
9'd4: freqdata <= mi ;
9'd5: freqdata <= la ;
9'd6: freqdata <= xi ;
9'd7: freqdata <= doh ;
9'd8: freqdata <= xi ;
9'd9: freqdata <= xi ;
9'd10: freqdata <=xi ;
9'd11: freqdata <=doh ;
9'd12: freqdata <=xi ;
9'd13: freqdata <=so ;
9'd14: freqdata <=mi ;
9'd15: freqdata <=re ;
9'd16: freqdata <=mi ;
9'd17: freqdata <=mi ;
9'd18: freqdata <=mi ;
9'd19: freqdata <=re ;
9'd20: freqdata <=mi ;
9'd21: freqdata <=la ;
9'd22: freqdata <=so ;
9'd23: freqdata <=mi ;
9'd24: freqdata <=do ;
9'd25: freqdata <=do ;
9'd26: freqdata <=do ;
9'd27: freqdata <=no;
9'd28: freqdata <=la1 ;
9'd29: freqdata <=xi1 ;
9'd30: freqdata <=do ;
9'd31: freqdata <=re ;
9'd32: freqdata <=mi ;
9'd33: freqdata <=mi ;
9'd34: freqdata <=mi ;
9'd35: freqdata <=re ;
9'd36: freqdata <=mi ;
9'd37: freqdata <=mi ;
9'd38: freqdata <=la ;
9'd39: freqdata <=sos ;
9'd40: freqdata <=sos ;
9'd41: freqdata <=la ;
9'd42: freqdata <=la ;
9'd43: freqdata <=xi ;
9'd44: freqdata <=xi ;
9'd45: freqdata <=mi ;
9'd46: freqdata <=re ;
9'd47: freqdata <=do ;
9'd48: freqdata <=re ;
9'd49: freqdata <=re ;
9'd50: freqdata <=do ;
9'd51: freqdata <=re ;
9'd52: freqdata <=re ;
9'd53: freqdata <=so ;
9'd54: freqdata <=fa ;由于空间关系，只是一部分的代码，基本做法就是对照着谱子，按照顺序写出每个音符即可，我这里是一个八分音符为一个单位，四分音符就用连续的两个单位来代替。
接下来介绍切歌部分
reg[2:0] state;//状态变量
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst)//采用三个状态对应三首曲子
if(sys_rst == 1'b0)
state <= one;
else case(state)
one: if(start == 1'b0)
state <= two;
else
state <= one;
two: if(start == 1'b0)
state<= thr;
else
state <= two;
thr: if(start == 1'b0)
state <= one;
else
state <= thr;
default : state <= one;
endcase
我这里是用的状态机实现的切歌部分，start代表板上的k1，当k1按下时进行1-2-3-1的变化。
从而实现歌曲的变换。
按键消抖模块(key-filter.v）
然后就是按键消抖的部分,就是检测按下键后有没有20ms的稳定状态，如果不稳定就不开始计时，如果稳定，就开始计数，到20ms后停止，如下图的代码所示
module key_filter
#(
parameter cnt_max =20'd239999
)
(
input wire sys_clk,
input wire sys_rest,
input wire key_in,
output reg key_fil
);
reg [19:0] cnt_20ms;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rest)
if(sys_rest == 1'b0)
cnt_20ms <= 20'd0;
else if(key_in == 1'b1)
cnt_20ms <= 20'd0;
else if(cnt_20ms == cnt_max)
cnt_20ms <= cnt_max;
else
cnt_20ms <= cnt_20ms + 20'd1;
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rest)
if(sys_rest == 1'b0)
key_fil <= 1'b0;
else if(cnt_20ms == cnt_max)
key_fil <= 1'b1;
else
key_fil <= 1'b0;
endmodule
最后给出相应的引脚连接情况
通过官方给出的原理图我们可以知道 35是连的时钟，6是连的复位信号，38是连的k1按键，48是连接的蜂鸣器，然后36 37 34 32，分别对应的oled的时钟引脚，dat，dcn，和rst引脚
ldc_set_location -site {48} [get_ports beep]
ldc_set_location -site {6} [get_ports sys_rst]
ldc_set_location -site {35} [get_ports sys_clk]
ldc_set_location -site {38} [get_ports start]
ldc_set_location -site {36} [get_ports oled_clk]
ldc_set_location -site {37} [get_ports oled_dat]
ldc_set_location -site {34} [get_ports oled_dcn]
ldc_set_location -site {32} [get_ports oled_rst]
最后附上我这个项目的部分资源报告，可以看出其实没有用到多少资源，切片寄存器只用到了4%
然后Lut4用到了32%。
毕竟只是一个主要用蜂鸣器和pwm完成的项目，没有太高的技术力。
遇到的困难
由于我之前从来没有接触过这个东西，所以起步比较困难，刚开始总是发出奇怪的声音，结果后来才发现，每次改变状态之后，cnt_200ms没有即时清零，导致一个音乐还没完，另一个音乐又开始播放了，最后发现了并解决了问题，然后就是刚开始时oled的代码没搞懂，后来慢慢慢慢在实践中成长，然后是我第一次用Verilog，感觉写的很重复，很冗余，需要加强代码的可读性和易移植性。
对未来的期望
希望自己能在明年的电赛中取得一等奖的好成绩，然后准备后面学习一下计算机体系结构的知识，再来看一下关于RISC-v的项目。我也才从机械类转到电类，希望能继续学习有关数字电路的知识，更上一层楼！
软硬件
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全部工程文件
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资源报告
团队介绍
姓名：吴懿行
学校：北京航空航天大学 大二
团队成员
wyxeth
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