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Overview
有源蜂鸣器
【结构与工作原理】
内部集成了振荡电路，只需提供直流电源（通常为 3-5V）即可发声，频率固定（常见为 2-4kHz）。
【驱动电路】
驱动简单，直接通过 GPIO 控制通断即可。需注意添加限流电阻（约 100Ω）保护 IO 口。
无源蜂鸣器
【结构与工作原理】
内部不含振荡电路，需要外部提供 PWM（脉冲宽度调制）信号驱动，通过调整频率和占空比可发出不同音调。
【驱动电路】
需要 PWM 信号驱动，需配置 STM32 的定时器产生特定频率的方波。例如，若需发出 4kHz 的声音，则 PWM 频率应设为 4kHz。
有源蜂鸣器控制
GPIO配置
我的这个有源蜂鸣器模块带三个引脚，分别是VCC，I/O和GND，I/O口输入高电平时，蜂鸣器响。
（也有一些有源蜂鸣器只有两个引脚，当电压差满足驱动就会响）
- 连接I/O引脚的GPIO引脚，配置为简单的输出即可。
// 外部有源蜂鸣器
void ExtActiveBuzzerInit()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); //使能GPIOE端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); //根据参数初始化
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_2);//输出0，关闭蜂鸣器输出
}控制程序
- 一秒响，一秒不响
void task1_task(void *pvParameters)
{
ExtActiveBuzzerInit();
while(1)
{
SetExtActiveBuzzer(1);
printf("SetExtActiveBuzzer(1)\r\n");
delay_ms(1000);
SetExtActiveBuzzer(0);
printf("SetExtActiveBuzzer(0)\r\n");
delay_ms(1000);
}
}无源蜂鸣器控制
无源蜂鸣器内部不含振荡电路，需要外部提供 PWM（脉冲宽度调制）信号驱动，通过调整频率和占空比可发出不同音调。
不使用 PWM 的情况下，也可以通过 GPIO 软件翻转来模拟 PWM 信号驱动无源蜂鸣器
反转GPIO控制
因为想观察不同的频率，所以我配置了两个GPIO，以不同频率做电平翻转
GPIO配置
void ExtPassiveBuzzerInit()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); //使能GPIOE端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //BEEP 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure); //根据参数初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
}控制接口
一个基础的循环周期为100us
- 对于PE1，每100us后，电平翻转一次，所以方波周期是200us，频率就是5KHz
- 对于PE3，每1000us(1ms)后，电平翻转一次，所以方波周期是2ms，频率就是500Hz
频率决定音调的高低，而更高的频率通常会让人感觉 “更刺耳”
void task1_task(void *pvParameters)
{
int i = 0;
int bE1Set = 0;
int bE3Set = 0;
ExtPassiveBuzzerInit();
while (1)
{
i++;
if (i >= 10000)
{
printf("i = %d \r\n",i);
i = 0;
}
if ( i % 2 == 0)
{
if (bE1Set == 1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_1);
bE1Set = 0;
}
else
{
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_1);
bE1Set = 1;
}
}
if ( i % 20 == 0)
{
if (bE3Set == 1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOE, GPIO_Pin_3);
bE3Set = 0;
}
else
{
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_3);
bE3Set = 1;
}
}
// 半个周期100us
delay_us(100);
}
}
PWM控制
使用PA6，复用TIM3的通道1
GPIO配置
void ExtPassiveBuzzerPWMInit()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 使用PA6，做TIM3_CH1
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH1的PWM脉冲波形
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //TIM_CH1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIO
//初始化TIM3
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 35999; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM3 Channel1 PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM3
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR1上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3
}控制函数
占空比会用于实现音量高低变化
void task1_task(void *pvParameters)
{
ExtPassiveBuzzerPWMInit();
while(1)
{
printf("Beep --- High Volume\r\n");
// 高音量 (占空比约75%)
TIM_SetCompare1(TIM3, 27000); // 36000 * 0.75 = 27000
delay_ms(1000);
printf("Beep --- Low Volume\r\n");
// 低音量 (占空比约10%)
TIM_SetCompare1(TIM3, 3600);
delay_ms(1000);
}
}
改变频率播音乐
原理
PWM（脉冲宽度调制）通过改变输出信号的频率和占空比，可以驱动无源蜂鸣器播放音乐。
如何理解频率和占空比的作用：
1. 频率决定音调
频率：指 PWM 信号每秒的周期数（单位：Hz）。
音调：不同频率对应不同音符，例如：
Do (C4) = 262 Hz
Re (D4) = 294 Hz
Mi (E4) = 330 Hz
通过快速切换 PWM 频率，可以组合出音乐旋律。
2. 占空比决定音量
占空比：指高电平时间占整个周期的比例（通常用百分比表示）。
音量：对于无源蜂鸣器，50% 占空比通常能产生最大音量，因为此时信号对称，能充分驱动蜂鸣器振动。
GPIO初始化
和上面的函数一样，但是留出了控制频率的参数输入
void ExtPassiveBuzzerAdvancePWMInit(uint32_t frequency)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 计算自动重装载值和预分频值
uint32_t timer_clock = 72000000; // 72MHz
uint16_t psc = 1;
uint16_t arr;
// 使用PA6，做TIM3_CH1
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH1的PWM脉冲波形
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //TIM_CH1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIO
//初始化TIM3
// 计算自动重装载值，确保不超过16位
arr = timer_clock / (frequency * psc);
if (arr > 65535)
{
psc = timer_clock / (65535 * frequency) + 1;
arr = timer_clock / (frequency * psc);
}
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc-1; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM3 Channel1 PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM3
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR1上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIM3
// 设置初始占空比为50%
TIM_SetCompare1(TIM3, arr / 2);
}结构体定义和音符频率表
// 音乐结构定义
typedef struct {
const uint8_t* melody; // 音符数组
const uint8_t* duration; // 节拍数组
uint8_t length; // 音符长度
} Music_t;
// 音符频率表 (Hz)
const uint16_t notes[] = {
0, // 休止符
262, // C4 (Do)
294, // D4 (Re)
330, // E4 (Mi)
349, // F4 (Fa)
392, // G4 (Sol)
440, // A4 (La)
494, // B4 (Si)
523 // C5 (Do高八度)
};
播放接口
beat节拍，每一拍100ms
// 播放单个音符
void PlayNote(uint8_t note_index, uint8_t beat)
{
uint16_t frequency;
if (note_index > 8) return; // 确保索引有效
frequency = notes[note_index];
if (frequency > 0) {
// 初始化PWM频率
ExtPassiveBuzzerAdvancePWMInit(frequency);
} else {
// 休止符: 关闭PWM输出
TIM_SetCompare1(TIM3, 0);
}
// 播放指定节拍 (1拍 = 100ms)
delay_ms(beat * 100);
}
// 播放音乐
void PlayMusic(const Music_t* music)
{
uint8_t i;
for (i = 0; i < music->length; i++)
{
PlayNote(music->melody[i], music->duration[i]);
}
// 播放结束，关闭蜂鸣器
TIM_SetCompare1(TIM3, 0);
}
播放生日快乐歌
音符（控制PWM频率）和节拍数（控制音符对于频率PWM持续时长）
void task1_task(void *pvParameters)
{
// 定义任务局部的音乐结构体指针
static Music_t birthday;
// 示例音乐：生日快乐歌
static const uint8_t birthday_melody[] = {5, 5, 6, 5, 1, 7, 5, 5, 6, 5, 2, 1, 5, 5, 5, 3, 1, 7, 6, 4, 4, 3, 1, 2, 1};
static const uint8_t birthday_duration[] = {2, 2, 4, 4, 4, 8, 2, 2, 4, 4, 4, 8, 2, 2, 2, 4, 4, 4, 8, 2, 2, 4, 4, 4, 8};
// 在任务启动时初始化结构体
birthday.melody = birthday_melody;
birthday.duration = birthday_duration;
birthday.length = sizeof(birthday_melody);
while(1)
{
// 循环播放生日快乐歌
PlayMusic(&birthday);
delay_ms(1000); // 播放间隔
}
}