11 . 蜂鸣器实验介绍

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11 . 蜂鸣器实验介绍

2024-06-30 20:23| 来源: 网络整理| 查看: 265

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: 在这里插入图片描述在这里插入图片描述 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。



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