STM32 | 有源蜂鸣器响，无源蜂鸣器播音乐

目录

 Overview

有源蜂鸣器

无源蜂鸣器

有源蜂鸣器控制

GPIO配置

控制程序

无源蜂鸣器控制

反转GPIO控制

GPIO配置

控制接口

PWM控制

GPIO配置

控制函数

改变频率播音乐

原理

1. 频率决定音调

2. 占空比决定音量

GPIO初始化

结构体定义和音符频率表

 播放接口

播放生日快乐歌

 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50MHzGPIO_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50MHzGPIO_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100usdelay_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_CH1RCC_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_CH1GPIO_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TIM3TIM_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_timTIM_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TIM3TIM_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 = 27000delay_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;  // 72MHzuint16_t psc = 1;uint16_t arr;// 使用PA6，做TIM3_CH1RCC_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_CH1GPIO_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_timTIM_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TIM3TIM_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}
}

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