11 . 蜂鸣器实验介绍

Posted 2021-06-09 技术世界低调点儿

蜂鸣器简介

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
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1.5～5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。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。其实一句话就可概括它们之间的区别，想要压电式蜂鸣器发声，需提供一定频率的脉冲信号；想要电磁式蜂鸣器发声，只需提供电源即可。这里说的有源，并不是指电源的意思，而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路，有源蜂鸣器内部自带振荡电路，只需提供电源即可发声，而无源蜂鸣器则需提供一定频率的脉冲信号才能发声，频率大小通常在1.5-5KHz 之间。如果给有源蜂鸣器加一个1.5-5KHz 的脉冲信号，同样也会发声，而且改变这个频率，就可以调节蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。输出电平的高低电平占空比，则可以改变蜂鸣器的声音大小。

硬件设计

在前面我们已经对STM32 的GPIO 做了简单介绍，并且还使用了其中IO 口直接控制开发板上的LED。对于本章要实现蜂鸣器的控制，我们能否直接使用STM32 的IO 口驱动呢？根据STM32F103 芯片数据手册可知，单个IO 口的最大输出电流是25mA，而蜂鸣器的驱动电流是30mA 左右，两者非常接近，有的朋友就想直接用IO 口来驱动，但是有没有考虑到整个芯片的输出电流，整个芯片的输出电流最大也就150mA，如果在驱动蜂鸣器上就耗掉了30mA，那么STM32 其他的IO 口及外设电流就非常拮据了。所以我们不会直接使用IO 口驱动蜂鸣器，而是通过三极管把电流放大后再驱动蜂鸣器，这样STM32 的IO 口只需要提供不到1mA 的电流就可控制蜂鸣器。所以我们也经常说到STM32 芯片是用来做控制的，而不是驱动。

我们开发板上的蜂鸣器模块电路如图所示：

从这两个电路图可以看到，无源蜂鸣器的控制需要给其一定频率的脉冲才能发声，仅给一个高电平或者低电平是不能发声的，因此蜂鸣器模块电路直接将STM32 引脚接在NPN 三极管的基极上，然后三极管的发射极连接蜂鸣器，无需考虑外界对PB5 脚产生的高低电平会对蜂鸣器发声干扰。而有源蜂鸣器，它只要有电源就会发声，因此就必须考虑外界对PB5 引脚电平的干扰问题。通过电阻R06 和PNP 三极管TP6 进行电流放大，从而驱动蜂鸣器。电阻R66 是一个上拉电阻，用来防止蜂鸣器误发声。当PB5 引脚输出低电平时，PNP三极管导通，蜂鸣器发声；当PB5 引脚输出高电平时，PNP 三极管截止，蜂鸣器
停止发声。

软件设计

蜂鸣器初始化函数
我们打开工程中beep.c 文件，里面代码如下：

#include "beep.h"
/****************************************************************
***************
* 函数名: BEEP_Init
* 函数功能: 蜂鸣器初始化
* 输入: 无
* 输出: 无
*****************************************************************
**************/
void BEEP_Init() //端口初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //声明一个结构体变量，用来初始化GPIO
RCC_APB2PeriphClockCmd(BEEP_PORT_RCC,ENABLE); /* 开启GPIO 时钟*/
/* 配置GPIO 的模式和IO 口*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BEEP_PIN; //选择你要设置的IO口
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; // 设置推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //设置传输速率
GPIO_Init(BEEP_PORT,&GPIO_InitStructure); /* 初始化GPIO*/
}

BEEP_Init()函数用来初始化蜂鸣器的端口及时钟，在函数内我们看到有几个参数不是库函数内的，比如BEEP_PIN、BEEP_PORT、BEEP_PORT_RCC，这种情况一般是我们自己定义的宏，通常放在对应的头文件内，我们打开beep.h，可
以看到如下代码：

#ifndef _beep_H
#define _beep_H
#include "system.h"
/* 蜂鸣器时钟端口、引脚定义*/
#define BEEP_PORT 		GPIOB
#define BEEP_PIN		 GPIO_Pin_5
#define BEEP_PORT_RCC	 RCC_APB2Periph_GPIOB
#define beep 	PBout(5)
void BEEP_Init(void);
#endif

里面就将蜂鸣器的GPIO 端口及管脚进行了宏定义，这样做是方便大家移植程序，只需要对这个宏修改就能实现蜂鸣器的初始化修改。

主函数
我们打开工程中main.c 文件，里面代码如下：

/****************************************************************
***************
* 函数名: main
* 函数功能: 主函数
* 输入: 无
* 输出: 无
*****************************************************************
**************/
int main()
{
u16 i=0;
SysTick_Init(72);
LED_Init();
BEEP_Init();
while(1)
{
i++;
if(i%10==0)
{
beep=!beep;
}
if(i%20000==0)
{
led1=!led1;
}
delay_us(10);
}
}

主函数实现的功能比较简单，首先将使用到的外设硬件进行初始化，然后进入while 循环，间隔100us 对蜂鸣器管脚电平翻转，这样就产生了一个频率为5KHz 的脉冲，因此无源蜂鸣器就会发声，当然有源蜂鸣器的控制可以更简单，只需要给它一个低电平即可，为了实现2 块板子程序的兼容，这里就统一采用此种方式控制蜂鸣器。间隔200ms 对led1 管脚电平翻转，因为使用到了delay_us延时函数，所以在main 函数开始处就需要调用SysTick_Init(72)初始化。