STM32F407开发板用户手册第20章 STM32F407的GPIO应用之无源蜂鸣器
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32F407开发板用户手册第20章 STM32F407的GPIO应用之无源蜂鸣器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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第20章 STM32F407的GPIO应用之无源蜂鸣器
本章教程为大家介绍STM32F407的GPIO应用之无源蜂鸣器，蜂鸣器也是GPIO控制的经典测试例程，可以让大家对STM32F407应用有个简单的整体认识。
20.1 初学者重要提示
20.2 蜂鸣器硬件设计
20.3 蜂鸣器软件驱动设计
20.4 蜂鸣器板级支持包（bsp_beep.c）
20.5 蜂鸣器驱动移植和使用（裸机版）
20.6 使用例程设计框架
20.7 实验例程说明（MDK）
20.8 实验例程说明（IAR）
20.9 总结
20.1 初学者重要提示
- 学习本章节前，务必保证已经学习了第13，14和15章。
- 注意有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别，本章教程的17.2.1小节有专门说明。
- 开发板是采用的无源蜂鸣器，需要PWM驱动，而截至本章节还没有讲到PWM，会在第XX章节专门为大家讲解（更新到相应章节时再添），程序中是通过一个宏定义控制使能和关闭，所以对于初学者来说，当前阶段仅需了解到使能和关闭方法即可，后面学习到PWM章节了，再深入了解。
- 无源蜂鸣器的控制采用的非阻塞方式，实际项目中比较实用。
20.2 蜂鸣器硬件设计
蜂鸣器的硬件设计如下：
通过这个硬件设计，有如下两点需要学习：
20.2.1 蜂鸣器分类
蜂鸣器主要有电磁式和电压式两种，而且都有无源蜂鸣器和有源蜂鸣器两类。开发板使用的是电磁式无源蜂鸣器，而有源和无源的区别是有源蜂鸣器内部自带振荡器，给个电压就能发声，但频率是固定的，只能发出一种声音，而无源蜂鸣器频率可控，给个方波才可以发声，并且根据不同频率发出不同的声音效果。
拓展知识
关于有源蜂鸣器和无源蜂鸣器区别：
http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89764 。
20.2.2 硬件设计
关于硬件驱动，这里主要有三点需要大家认识到：
- S8050TL1是NPN型三极管，这里是当开关使用，PA8输出高电平的时候三极管导通，输出低电平，三极管关闭。
- 电阻R70起到限流的作用。
- 电阻R47在这里有特别的作用，首先要普及一个知识点，这里使用的是电磁式蜂鸣器，属于感性负载，切断这种负载必须要注意，如果电流消失，电感两端的电压将急剧上升，这种感应冲击足以损坏逻辑门电路或者其它形式的负载驱动电路，为了保护这个电路，可以用一个二极管或者电阻吸收感应冲击。
拓展知识
STM32的GPIO控制三极管驱动各种负载的安全措施和注意事项：
http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89776 。
20.3 蜂鸣器软件驱动设计
软件驱动对有源蜂鸣器和无源蜂鸣器都做了支持，默认情况下用的是无源蜂鸣器。我们使用蜂鸣器的话，大部分情况下可以配置鸣叫次数、鸣叫的时间和停止的时间。本驱动设计就是基于这种应用方式实现，基本可以满足大部分应用情况。
设计这个软件驱动的关键之处是如何避免采用阻塞式的实现方式，比如要实现鸣叫1秒，停止1秒，循环5次，如果是阻塞方式等待1秒执行完毕，那就时间太长了。鉴于这种情况，程序里面实现了一种非阻塞的方式，通过滴答定时器中断每10ms调用一次蜂鸣器处理函数来实现鸣叫次数、鸣叫的时间和停止的时间的更新。
20.4 蜂鸣器板级支持包（bsp_beep.c）
蜂鸣器驱动文件bsp_beep.c主要实现了如下几个API：
- BEEP_InitHard
- BEEP_Start
- BEEP_Stop
- BEEP_Pause
- BEEP_Resume
- BEEP_KeyTone
- BEEP_Pro
这里我们重点讲解函数BEEP_InitHard、BEEP_Sart和BEEP_Pro。
函数BEEP_Stop、BEEP_Pause和BEEP_Resume测试效果不够好，推荐直接使用BEEP_Sart即可，设置鸣叫时间、停止鸣叫时间和循环次数。而BEEP_KeyTone是基于BEEP_Start实现的，直接调用的BEEP_Start(5, 1, 1); /* 鸣叫50ms，停10ms， 1次 */
20.4.1 宏定义设置
此文件的开头有一个宏定义选择，用户可以选择使用有源蜂鸣器或者无源蜂鸣器。
//#define BEEP_HAVE_POWER /* 定义此行表示有源蜂鸣器，直接通过GPIO驱动, 无需PWM */ #ifdef BEEP_HAVE_POWER /* 有源蜂鸣器 */ /* PA8 */ #define GPIO_RCC_BEEP RCC_AHB1Periph_GPIOA #define GPIO_PORT_BEEP GPIOA #define GPIO_PIN_BEEP GPIO_Pin_8 #define BEEP_ENABLE() GPIO_PORT_BEEP->BSRRL = GPIO_PIN_BEEP /* 使能蜂鸣器鸣叫 */ #define BEEP_DISABLE() GPIO_PORT_BEEP->BSRRH = GPIO_PIN_BEEP /* 禁止蜂鸣器鸣叫 */ #else /* 无源蜂鸣器 */ /* PA8 ---> TIM1_CH1 */ /* 1500表示频率1.5KHz，5000表示50.00%的占空比 */ #define BEEP_ENABLE() bsp_SetTIMOutPWM(GPIOA, GPIO_Pin_8, TIM1, 1, 1500, 5000); /* 禁止蜂鸣器鸣叫 */ #define BEEP_DISABLE() bsp_SetTIMOutPWM(GPIOA, GPIO_Pin_8, TIM1, 1, 1500, 0); #endif
- 使能了宏定义BEEP_HAVE_POWER就可以选择使用有源蜂鸣器，默认是无源的。
- 使用无源蜂鸣器时，需要用到定时器的PWM功能，这个功能会在XX章节专门讲解（制作到相应章节时再补充），这里仅需只知道配置了一个PWM来驱动蜂鸣器即可。
20.4.2 蜂鸣器结构体变量
为了方便蜂鸣器的控制，专门封装了一个结构体变量：
typedef struct _BEEP_T { uint8_t ucEnalbe; uint8_t ucState; uint16_t usBeepTime; uint16_t usStopTime; uint16_t usCycle; uint16_t usCount; uint16_t usCycleCount; uint8_t ucMute; }BEEP_T;
- 成员ucEnalbe：用于使能或者禁止蜂鸣器。
- 成员ucState：状态变量，用于蜂鸣器鸣叫和停止的区分。
- 成员usBeepTime：鸣叫时间，单位10ms。
- 成员usStopTime：停止鸣叫时间，单位10ms。
- 成员usCycle：鸣叫和停止的循环次数。
- 成员usCount：用于鸣叫和停止时的计数。
- 成员usCycleCount：用于循环次数计数。
- 成员ucMute：用于静音。
20.4.3 函数BEEP_InitHard
函数原型：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: BEEP_InitHard * 功能说明: 初始化蜂鸣器硬件 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void BEEP_InitHard(void) { #ifdef BEEP_HAVE_POWER /* 有源蜂鸣器 */ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 打开GPIOF的时钟 */ RCC_AHB1PeriphClockCmd(GPIO_RCC_BEEP, ENABLE); BEEP_DISABLE(); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; /* 设为输出口 */ GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; /* 设为推挽模式 */ GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; /* 上下拉电阻不使能 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /* IO口最大速度 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PIN_BEEP; GPIO_Init(GPIO_PORT_BEEP, &GPIO_InitStructure); #endif g_tBeep.ucMute = 0; /* 关闭静音 */ }
函数描述：
此函数主要用于蜂鸣器的初始化，代码比较好理解。条件编译实现了一个无源蜂鸣器的初始化，配置引脚为推挽输出模式。由于V6开发板使用的无源蜂鸣器，所有没有开启宏定义BEEP_HAVE_POWER。
使用举例：
底层驱动初始化直接在bsp.c文件的函数bsp_Init里面调用即可。
20.4.4 函数BEEP_Start
函数原型：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: BEEP_Start * 功能说明: 启动蜂鸣音。 * 形 参: _usBeepTime : 蜂鸣时间，单位10ms; 0 表示不鸣叫 * _usStopTime : 停止时间，单位10ms; 0 表示持续鸣叫 * _usCycle : 鸣叫次数， 0 表示持续鸣叫 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void BEEP_Start(uint16_t _usBeepTime, uint16_t _usStopTime, uint16_t _usCycle) { if (_usBeepTime == 0 || g_tBeep.ucMute == 1) { return; } g_tBeep.usBeepTime = _usBeepTime; g_tBeep.usStopTime = _usStopTime; g_tBeep.usCycle = _usCycle; g_tBeep.usCount = 0; g_tBeep.usCycleCount = 0; g_tBeep.ucState = 0; g_tBeep.ucEnalbe = 1; /* 设置完全局参数后再使能发声标志 */ BEEP_ENABLE(); /* 开始发声 */ }
函数描述：
此函数主要用于蜂鸣器的初始化，代码比较好理解。条件编译实现了一个无源蜂鸣器的初始化，配置引脚为推挽输出模式。由于V6开发板使用的无源蜂鸣器，所有没有开启宏定义BEEP_HAVE_POWER。
函数参数：
- 第1个参数_usBeepTime用于设置蜂鸣时间，单位10ms，配置为0 表示不鸣叫。
- 第2个参数_usStopTime用于设置蜂鸣时间，单位10ms，配置为0 表示不鸣叫。
- 第3个参数_ _usCycle用于鸣叫次数，配置为0 表示持续鸣叫。
使用举例：
调用此函数前，务必优先调用函数BEEP_InitHard进行初始化。比如要实现鸣叫50ms，停10ms， 1次，就是BEEP_Start(5, 1, 1)；
20.4.5 函数BEEP_Pro
函数原型：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: BEEP_Pro * 功能说明: 每隔10ms调用1次该函数，用于控制蜂鸣器发声。该函数在 bsp_timer.c 中被调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void BEEP_Pro(void) { if ((g_tBeep.ucEnalbe == 0) || (g_tBeep.usStopTime == 0) || (g_tBeep.ucMute == 1)) { return; } if (g_tBeep.ucState == 0) { if (g_tBeep.usStopTime > 0) /* 间断发声 */ { if (++g_tBeep.usCount >= g_tBeep.usBeepTime) { BEEP_DISABLE(); /* 停止发声 */ g_tBeep.usCount = 0; g_tBeep.ucState = 1; } } else { ; /* 不做任何处理，连续发声 */ } } else if (g_tBeep.ucState == 1) { if (++g_tBeep.usCount >= g_tBeep.usStopTime) { /* 连续发声时，直到调用stop停止为止 */ if (g_tBeep.usCycle > 0) { if (++g_tBeep.usCycleCount >= g_tBeep.usCycle) { /* 循环次数到，停止发声 */ g_tBeep.ucEnalbe = 0; } if (g_tBeep.ucEnalbe == 0) { g_tBeep.usStopTime = 0; return; } } g_tBeep.usCount = 0; g_tBeep.ucState = 0; BEEP_ENABLE(); /* 开始发声 */ } } }
函数描述：
此函数是蜂鸣器的主处理函数，用于实现鸣叫时间、停止鸣叫时间和循环次数的处理。
使用举例：
调用此函数前，务必优先调用函数BEEP_InitHard进行初始化。
另外，此函数需要周期性调用，每10ms调用一次。
- 如果是裸机使用，将此函数放在bsp.c文件的bsp_RunPer10ms函数里面即可，这个函数是由滴答定时器调用的，也就是说，大家要使用蜂鸣器，定时器的初始化函数bsp_InitTimer一定要调用。
- 如果是RTOS使用，需要开启一个10ms为周期的任务调用函数BEEP_Pro。
20.5 蜂鸣器驱动移植和使用
按键移植步骤如下：
- 第1步：复制bsp_beep.c，bsp_beep.h，bsp_tim_pwm.c和bsp_tim_pwm.h到自己的工程目录，并添加到工程里面。
- 第2步：根据自己使用的蜂鸣器驱动引脚和频率，修改下面的宏定义即可
#ifdef BEEP_HAVE_POWER /* 有源蜂鸣器 */ /* PA8 */ #define GPIO_RCC_BEEP RCC_AHB1Periph_GPIOA #define GPIO_PORT_BEEP GPIOA #define GPIO_PIN_BEEP GPIO_PIN_8 #define BEEP_ENABLE() GPIO_PORT_BEEP->BSRRL = GPIO_PIN_BEEP /* 使能蜂鸣器鸣叫 */ #define BEEP_DISABLE() GPIO_PORT_BEEP->BSRRH = GPIO_PIN_BEEP /* 禁止蜂鸣器鸣叫 */ #else /* 无源蜂鸣器 */ /* PA0 ---> TIM5_CH1 */ /* 1500表示频率1.5KHz，5000表示50.00%的占空比 */ #define BEEP_ENABLE() bsp_SetTIMOutPWM(GPIOA, GPIO_PIN_0, TIM5, 1, 1500, 5000); /* 禁止蜂鸣器鸣叫 */ #define BEEP_DISABLE() bsp_SetTIMOutPWM(GPIOA, GPIO_PIN_0, TIM5, 1, 1500, 0); #endif
- 第3步：这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和TIM驱动文件，简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
- 第4步，应用方法看本章节配套例子即可。
特别注意，别忘了每10ms调用一次按键检测函数BEEP_Pro()。
20.6 实验例程设计框架
通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：
第1阶段，上电启动阶段：
- 这部分在第14章进行了详细说明。
第2阶段，进入main函数：
- 第1部分，硬件初始化，主要是HAL库，系统时钟，滴答定时器，蜂鸣器等。
- 第2部分，应用程序设计部分，实现了一个蜂鸣器应用。
- 第3部分，蜂鸣器程序每10ms在滴答定时中断执行一次。
20.7 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V5-004_无源蜂鸣器
实验目的：
- 学习无源蜂鸣器的控制实现。
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
实验操作：
- K1键按下，按键提示音(固定频率1.5KHz)。
- K2键按下，急促鸣叫10次。
- K3键按下，长鸣3次。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鸣器 */ }
每10ms调用一次蜂鸣器处理：
蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现，每10ms执行一次检测。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_RunPer10ms * 功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求 * 不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_RunPer10ms(void) { bsp_KeyScan10ms(); BEEP_Pro(); }
主功能：
主功能的实现主要分为两部分：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 通过按键做蜂鸣器演示。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; uint32_t freq = 1500; bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ printf("蜂鸣器频率 = %dHz ", freq); /* 主程序大循环 */ while (1) { bsp_Idle(); /* CPU空闲时执行的函数，在 bsp.c */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 处理按键事件 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); if (ucKeyCode > 0) { /* 有键按下 */ switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1按键按下，提示音 */ BEEP_KeyTone(); printf("1按键按下，提示音(固定频率1.5KHz) "); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2按键按下，急促鸣叫10次*/ BEEP_Start(5, 5, 10); /* 鸣叫50ms，停止50ms，10次*/ printf("K2按键按下，急促鸣叫10次 "); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3按键按下，长鸣3次*/ BEEP_Start(50, 50, 3); /* 鸣叫500ms，停止500ms，3次*/ printf("K3按键按下，长鸣3次 "); break; default: break; } } } }
20.8 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V5-004_无源蜂鸣器
实验目的：
- 学习无源蜂鸣器的控制实现。
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
实验操作：
- K1键按下，按键提示音(固定频率1.5KHz)。
- K2键按下，急促鸣叫10次。
- K3键按下，长鸣3次。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F07自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鸣器 */ }
每10ms调用一次蜂鸣器处理：
蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现，每10ms执行一次检测。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_RunPer10ms * 功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求 * 不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_RunPer10ms(void) { bsp_KeyScan10ms(); BEEP_Pro(); }
主功能：
主功能的实现主要分为两部分：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 通过按键做蜂鸣器演示。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; uint32_t freq = 1500; bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ printf("蜂鸣器频率 = %dHz ", freq); /* 主程序大循环 */ while (1) { bsp_Idle(); /* CPU空闲时执行的函数，在 bsp.c */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 处理按键事件 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); if (ucKeyCode > 0) { /* 有键按下 */ switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1按键按下，提示音 */ BEEP_KeyTone(); printf("1按键按下，提示音(固定频率1.5KHz) "); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2按键按下，急促鸣叫10次*/ BEEP_Start(5, 5, 10); /* 鸣叫50ms，停止50ms，10次*/ printf("K2按键按下，急促鸣叫10次 "); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3按键按下，长鸣3次*/ BEEP_Start(50, 50, 3); /* 鸣叫500ms，停止500ms，3次*/ printf("K3按键按下，长鸣3次 "); break; default: break; } } } }
20.9 总结
本章节为大家介绍的无源蜂鸣器方案还是比较实用的，采用的非阻塞方式，实际项目中可以放心使用。
以上是关于STM32F407开发板用户手册第20章 STM32F407的GPIO应用之无源蜂鸣器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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