差别
这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。
| 两侧同时换到之前的修订记录 前一修订版 | 后一修订版 两侧同时换到之后的修订记录 | ||
|
蜂鸣器模块 [2017/06/01 14:25] anran [STEP FPGA驱动基于74HC595的数码管模块] |
蜂鸣器模块 [2017/06/05 10:19] anran [硬件说明] |
||
|---|---|---|---|
| 行 6: | 行 6: | ||
| ====硬件说明==== | ====硬件说明==== | ||
| ------- | ------- | ||
| - | 在前面之前的入门教程中[[4. 数码管显示| 数码管独立显示 ]]章节已为大家介绍了数码管独立显示的相关内容，关于独立显示这里就不在赘述。我们的底板上有6位数码管，根据驱动方法不同，有以下比较： | + | 蜂鸣器的分类： |
| \\ | \\ | ||
| - | 独立显示：控制每个数码管至少需要8个I/O口控制，6位数码管就需要6*8 = 48根信号线才能分别显示。独立显示实现简单，但是需要大量的信号线。 | ||
| \\ | \\ | ||
| - | 扫描显示：将每位数码管的同一段选信号连接在一起，这样我们就只需要8根段选信号和6根位选信号，共计14根信号。扫描显示可以有效节约I/O口资源，实现起来稍显复杂。 | + | 按其结构主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型： |
| - | {{ :6位数码管.jpg?1600 |}} | + | |
| \\ | \\ | ||
| - | 我们小脚丫底板上使用的6位共阴极数码管，分析扫描显示的原理如下： | + | * 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 |
| + | * 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5～15V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 | ||
| + | 按是否带有信号源分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型： | ||
| \\ | \\ | ||
| - | 当某一时刻，FPGA控制8根公共的段选接口输出数字1对应的数码管字库数据8'h06（DP=0、G=0、F=0、E=0、D=0、C=1、B=1、A=0）时，同时控制6位数码管只有第1位使能（DIG1=0、DIG2=1、DIG3=1、DIG4=1、DIG5=1、DIG6=1）这样我们会看到第1位数码管显示数字1，其余5位数码管不显示，如果不明白可以参考入门教程中实验四：[[4. 数码管显示| 数码管独立显示 ]]章节 | + | * 有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。 |
| + | * 无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。 | ||
| \\ | \\ | ||
| - | 按照扫描的方式，一共分为6个时刻，段选端口分别对应输出6位数码管需要显示的字库数据，位选端口保持每个时刻只有1位数码管处于使能状态，6个时刻依次循环，当扫描频率足够高（例如当扫描频率等于100Hz）时，则在人眼看到的数码管显示就是连续的，我们看到的就是6个不同的数字。 | + | 本章节和大家一起学习无源蜂鸣器的驱动，FPGA或单片机的GPIO口驱动能力弱，不能直接驱动无源蜂鸣器，常用的蜂鸣器驱动电路如下： |
| \\ | \\ | ||
| - | 上面为大家介绍了数码管的独立显示和扫描显示两种方法，扫描显示的方式使用了14个I/O口控制，相对于简单的处理器来讲14个I/O口也是非常多了，这里我们又使用了一款常见的驱动芯片74HC595，下面我们一起了解一下： | + | {{ :无源蜂鸣器驱动电路.jpg?600 |}} |
| \\ | \\ | ||
| - | 74HC595是较为常用的串行转并行的芯片，内部集成了一个8位移位寄存器、一个存储器和8个三态缓冲输出。在最简单的情况下我们只需要控制3根引脚输入得到8根引脚并行输出信号，而且可以级联使用，我们使用3个I/O口控制两个级联的74HC595芯片，产生16路并行输出，连接到扫描显示的6位数码管上，可以轻松完成数码管驱动任务。 | + | 蜂鸣器使用NPN三极管（9013）驱动，三极管当开关用，当基极电压拉高时，蜂鸣器通电，当基极电压拉低时，蜂鸣器断电，FPGA控制GPIO口给三极管的基极输出不同频率的脉冲信号，蜂鸣器就可以发出不同的音节。 |
| \\ | \\ | ||
| - | {{ :74hc595电路.jpg?1000 |}} | + | 不同音节与蜂鸣器震荡频率的对应关系如下： |
| \\ | \\ | ||
| - | 不同的IC厂家都可以生产74HC595芯片，功能都是一样的，然而不同厂家的芯片手册对于管脚的命名会存在差异，管脚顺序相同，大家可以对应识别 | + | {{ :蜂鸣器音节频率.jpg?800 |}} |
| - | 上图是本设计中74HC595芯片的硬件电路连接，参考74HC595数据手册了解其具体用法，下图中我们了解到OE#（G#）和MR#（SCLR#）信号分别为输出使能（低电平输出）和复位管脚（低电平复位），OE#（G#）我们接GND让芯片输出使能，MR#（SCLR#）我们接VCC让芯片的移位寄存器永远不复位，如此FPGA只需要控制SH_CP（SCK）、ST_CP（RCK）和DS（SER）即可。 | + | |
| \\ | \\ | ||
| - | {{ :74hc595引脚功能.jpg |74hc595引脚功能}} | + | 我们使用PWM的方法（关于PWM的说明，快速入门中的[[脉冲发生器]]章节有详细的介绍），使用计数器对系统时钟进行分频，改变计数器的计数终值从而实现调节PWM信号频率的目的，使用PWM信号控制蜂鸣器电路。 |
| \\ | \\ | ||
| - | {{ :74hc595逻辑图.jpg |74hc595逻辑图}} | ||
| - | \\ | ||
| - | {{ :74hc595时序图.jpg |74hc595时序图}} | ||
| - | \\ | ||
| - | {{ :数码管程序框图.jpg?1000 |数码管驱动程序框图}} | ||
| - | \\ | ||
| - | |||
| ====Verilog代码==== | ====Verilog代码==== | ||
| ------ | ------ | ||