使用STM32控制无源蜂鸣器发声播放音乐(STM32_07)

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STMCU-管管发布时间：2020-9-22 10:59

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一、无源蜂鸣器和有源蜂鸣器

有源蜂鸣器内含振荡源，只要一通电就发声，但发生频率固定，音色单一；无源蜂鸣器内部不含振荡源，内部结构相当于电磁场扬声器，可以通过给他输出一定频率的信号才能发声。

人耳能听到的频率范围在20Hz--20kHz之间，通过STM32的GPIO引脚快速切换高低电平输出就能实现无源蜂鸣器的发声，切换的频率不同，发出的音调就不一样。

二、音乐播放的实现

一段音乐就是不同频率的声音按一定的时间节拍转换发出。所以音乐包含音调和节拍信息。

C调各音符频率如下：

音符	频率 Hz	音符	频率 Hz
低1 Do	262	中1 Do	523
低2 Re	294	中2 Re	587
低3 Mi	330	中3 Mi	659
低4 Fa	349	中4 Fa	698
低5 So	392	中5 So	784
低6 La	440	中6 La	880
低7 Si	523	中7 Si	988

如果要实现歌曲“红尘情歌”，要准备相应的数据。

歌谱如下：

程序中首先准备音频数据表：

// 低Si Do Re Mi Fa So La Si ¸高Do¸高Re¸高Mi¸高Fa¸高So 无

uc16 tone[] ={247,262,294,330,349,392,440,294,523, 587, 659, 698, 784, 1000};

u8 music[]={ 5,5,6,8,7,6,5,6,13,13,……};//音调

u8 time[] = { 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, ……}; //节拍时间

依次从音调数组中取music，然后根据music的值在tone数组中得到该音的发声频率(tone[music])，调用sound函数控制蜂鸣器发声，声音的发声时间由time数组控制。

三、项目创建与配置

1、创建项目文件夹(设为pMusic)

2、通过Keil5创建新项目，保存在所创建的文件夹中(设项目名为pMusic)，选择MCU芯片为"STM32F103ZE"（本程序使用的硬件为：STM32-PZ6806L开发板）

3、在pMusic项目文件夹中新建"CMSIS"、"Device"、"Public"、"Startup"、"User"和"Lib"文件夹。

① 在"CMSIS"文件夹中复制"core_cm3.h"和"core_cm3.c"文件；

② 在" Device "文件夹中复制"stm32f10x.h"、"system_stm32f10x.h"和"system_stm32f10x.c"文件；

③ 在" Startup "文件夹中复制"startup_stm32f10x_hd.s"文件；

④在"Lib"文件夹中新建"inc"和"src"两个子文件夹，在"inc"文件夹中复制"misc.h"、"stm32f10x_gpio.h"和"stm32f10x_rcc.h"文件；在"src"文件夹中复制"misc.c"、"stm32f10x_gpio.c"和"stm32f10x_rcc.c"文件；

4、为项目添加"CMSIS"、"Device"、"Public"、"Startup"、"User"和"Lib"组，并将上述C程序文件和"startup_stm32f10x_hd.s"启动文件加入到相应组中。展开项目树如下：

5、打开“项目配置”对话框，在"Output"选项卡中选择"Create HEX File"，在"C/C++"选项卡中的"Include Paths"中添加如下包含路径：".\CMSIS;", ".\Device;", ".\Lib\inc;",".\Public;"。

6、在"stm32f10x.h"中添加函数参数检查宏

#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief 这个assert_param宏用于函数参数检查
* @param expr:如果expr是 false,就调用 assert_failed函数报告源文件名和
* 失败的行号，如果expr是 true ，就返回一个空值
* @retval None
*/
#define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__))
/* Exported functions ------------------------------------------------------- */
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line);
#else
#define assert_param(expr) ((void)0)
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

复制代码

7、新建一个文件(system.h)，保存到"Public"文件夹中，内容为：

#ifndef __SYSTEM__H
#define __SYSTEM__H
#include "stm32f10x.h"
//定义位带地址宏
#define BITBAND(addr,bitnum) ((addr&0xF0000000) + 0x02000000 + ((addr&0x000FFFFF)<<5) + (bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr,bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum))
//IO口地址映射
//数据输出寄存器地址
#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE + 12)
#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE + 12)
#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE + 12)
#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE + 12)
#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE + 12)
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE + 12)
#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE + 12)
//数据输入寄存器地址
#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE + 12)
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE + 12)
#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE + 12)
#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE + 12)
#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE + 12)
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE + 12)
#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE + 12)
#endif

复制代码

该文件定义了GPIO端口位带操作的宏。

8、新建文件"SysTick.h"，保存到"Public"文件夹中，内容为：

#ifndef __SysTick__H
#define __SysTick__H
#include "stm32f10x.h"
void SysTick_Init(u8 SYSCLK);
void delay_us(u32 nus);
void delay_ms(u16 nms);
#endif

复制代码

新建文件"SysTick.c"，保存到"Public"文件夹中，内容为：

#include "SysTick.h"
#include "misc.h"
u8 fac_us = 0;
u16 fac_ms = 0;
void SysTick_Init(u8 SYSCLK)
{
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
fac_us = SYSCLK / 8;
fac_ms = (u16)fac_us*1000;
}
void delay_us(u32 nus)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD = nus * fac_us;
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
do{
temp = SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));
SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
SysTick->VAL = 0;
}
void delay_ms(u16 nms)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD = nms * fac_ms;
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
do{
temp = SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));
SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
SysTick->VAL = 0;
}

复制代码

这两个文件实现了通过SysTick精准延时的函数，提供给后续的音频频率产生程序使用。

将"SysTick.c"文件添加到项目的"Public"组中。

9、实现发声

①开发板无源蜂鸣器的电路连接如下：

从电路连接可以看出通过MCU的PB5(GPIOB_5)控制蜂鸣器的发声。

②在项目文件夹的"User"文件夹下新建"Beep"文件夹，在项目中新建"beep.h"文件，保存在"User/Beep"文件夹中，文件内容为：

#ifndef __BEEP__H
#define __BEEP__H
#include "system.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
//定义GPIOB的位地址变量宏
#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)
#define PBeep PBout(5)
#define BEEP_PORT GPIOB
#define BEEP_PIN GPIO_Pin_5
#define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
void BEEP_Init(void);
void Sound(u16 frq);
void play(void);
#endif

复制代码

③在项目中新建"beep.c"文件，保存在"User/Beep"文件夹中，文件内容为：

#include "beep.h"
#include "systick.h"
void BEEP_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_mode;
RCC_APB2PeriphClockCmd( BEEP_PORT_RCC, ENABLE ); //使能GPIOB时钟
GPIO_mode.GPIO_Pin = BEEP_PIN;
GPIO_mode.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_mode.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(BEEP_PORT, &GPIO_mode); //设置GPIOB_5为推挽输出，50MHz速度
}
void Sound(u16 frq)
{
u32 n;
if(frq != 1000) //如果频率不为1000则按频率输出，否则只延时
{
n = 500000/((u32)frq);
PBeep = 0;
delay_us(n);
PBeep = 1;
delay_us(n);
}else
delay_us(1000);
}
void play(void)
{
// 低7 1 2 3 4 5 6 7 高1 高2 高3 高4 高5 不发音
uc16 tone[] = {247,262,294,330,349,392,440,494,523,587,659,698,784,1000};//音频数据表
//红尘情歌
u8 music[]={ 5,5,6,8,7,6,5,6,13,13,//音调
5,5,6,8,7,6,5,3,13,13,
2,2,3,5,3,5,6,3,2,1,
6,6,5,6,5,3,6,5,13,13,
5,5,6,8,7,6,5,6,13,13,
5,5,6,8,7,6,5,3,13,13,
2,2,3,5,3,5,6,3,2,1,
6,6,5,6,5,3,6,1,
13,8,9,10,10,9,8,10,9,8,6,
13,6,8,9,9,8,6,9,8,6,5,
13,2,3,5,5,3,5,5,6,8,7,6,
6,10,9,9,8,6,5,6,8
};
u8 time[] = { 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, //时间
2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4,
2,4,2,4,2,2,4,2,2,8,
2,4,2,2,2,2,2,8,4 ,4,
2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4,
2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4,
2,4,2,4,2,2,4,2,2,8,
2,4,2,2,2,2,2,8,
4, 2,2,2, 4, 2,2,2, 2,2,8,
4, 2,2,2,4,2,2,2,2,2,8,
4, 2,2,2,4,2,2,5,2,6,2,4,
2,2 ,2,4,2,4,2,2,12
};
u32 yanshi;
u16 i,e;
yanshi = 10;
for(i=0;i<sizeof(music)/sizeof(music[0]);i++){
for(e=0;e<((u16)time[i])*tone[music[i]]/yanshi;e++){
Sound((u32)tone[music[i]]);
}
}
}