通过 STM32F1 芯片的一个 IO口控制板载有源/无源蜂鸣器，实现蜂鸣器控制。

( A  G7 A$ g% p( H$ e. z

蜂鸣器介绍

    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。无源蜂鸣器，属于压电式蜂鸣器类型；有源蜂鸣器，属于电磁式蜂鸣器类型。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。有源蜂鸣器实物如下图。

! f3 q' R. r4 T: f* k

    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。如果改变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。

" j2 v, R: ?* d6 {# n3 G

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。开发板上的无源蜂鸣器模块电路原理图如下所示。

" c9 j* t% ?# L+ \& r! ~

    开发板上的有源蜂鸣器模块电路原理图如下所示。

    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。如果使用的是有源蜂鸣器，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

    打开工程中 beep.c 文件，里面代码如下：

1. #include "beep.h"
   $ \2 _' `) d) s* V; [! h$ D
2. 
   
3. /****************************************************************
   
4. 
   - b" W9 J# `9 M: V) J
5. ***************
   
6. 
   9 h& a) f/ e4 @" |0 O( O
7. * 函 数 名 : BEEP_Init
   6 W- V% d) X  V  x7 e
8. 
   
9. * 函数功能 : 蜂鸣器初始化
   
10. 
    ) T* r* B/ U  C4 e% d0 w7 [
11. * 输 入 : 无
    9 b1 T; e% K6 k$ q4 h. e5 }% t
12. 
    4 ^0 q4 @  A4 E4 j* z: F7 A3 c
13. * 输 出 : 无
    * d" u, B( n1 m
14. 
    / ^& B( S, u4 G
15. ****************************************************************/
    . A2 u: ?- `( j) ~9 g- ^- `
16. 
    
17. void BEEP_Init() //端口初始化
    
18. 
    
19. {
    
20. 
      i+ f& _$ N* X2 t& {* l5 J
21. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //声明一个结构体变量，用来初始化 GPIO
    3 q/ x3 V5 T9 J( [& x/ y
22. 
    
23. RCC_APB2PeriphClockCmd(BEEP_PORT_RCC,ENABLE); /* 开启 GPIO 时钟 */
    
24. 
    
25. /* 配置 GPIO 的模式和 IO 口 */
    * e1 ?* }7 F. _" ^% h  ]1 j
26. 
    
27. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BEEP_PIN; //选择你要设置的 IO口
    
28. 
    . G  L/ f; B' v  S" p# ?4 l
29. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //设置推挽输出模式
    7 V5 M' r0 Q' Q* T
30. 
    ; k% L3 D0 X2 P; M$ c
31. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //设置传输速率
    
32. 
    
33. GPIO_Init(BEEP_PORT,&GPIO_InitStructure); /* 初始化 GPIO*/
    
34. 
    
35. }

复制代码

+ C- Z3 `0 `. C

    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：

1. #ifndef _beep_H
     |7 n0 j7 v* _/ o6 U* S$ ?8 D. G
2. 
     o9 {+ p. l- x* C
3. #define _beep_H
   
4. 
     J* m% `2 L/ A. N% ~, p7 o) @
5. #include "system.h"
   ! }2 C, J8 a% T
6. 
   : @. U1 b7 n3 z9 e. t% B* {* U
7. /* 蜂鸣器时钟端口、引脚定义 */
   + z2 j8 u1 K2 j) ^
8. 
   8 `% `# ]6 E! A3 K. ?/ R! Q
9. #define BEEP_PORT GPIOB
   
10. 
    3 _* l0 j7 O7 R0 y
11. #define BEEP_PIN GPIO_Pin_5
    : s6 S" z5 a  J. e5 Z1 V! _% x
12. 
    
13. #define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
      p& ~& F- r" j8 n* A( w% z$ d
14. 
    
15. #define beep PBout(5)
    
16. 
    6 u8 K; i# i& b+ J
17. void BEEP_Init(void);
    ( H; P. Y; p, x8 O# n9 `
18. 
    ( j( [6 v* A1 v8 v: U7 y6 K  A6 g
19. #endif

复制代码

    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：

1. /****************************************************************
   ' z/ j: i  R# M
2. 
   
3. * 函 数 名 : main
   7 C' L! n) X0 V' D; i
4. 
   
5. * 函数功能 : 主函数
   
6. 
   - F4 x7 q9 k; b. C3 W  M
7. * 输 入 : 无
   
8. 
   
9. * 输 出 : 无
   ! ^2 A2 t1 {3 Q5 D+ C, T
10. 
    # y# n& P; @3 N( F. _1 a+ q: ]
11. ****************************************************************/
    * s/ H0 \8 l: e
12. 
    
13. int main()
    
14. 
    2 n& Y7 l7 ?- [4 m1 J
15. {
    & |; A9 G4 b0 ~8 n
16. 
    # X/ a" o( c& M! j0 J1 d
17.     u16 i=0;
    
18. 
      I7 k: P7 @+ D( s) l$ X5 [; V4 ^
19.     SysTick_Init(72);
    
20. 
    
21.     LED_Init();
    % [% {- r6 m, M, d- k9 {6 j
22. 
    
23.     BEEP_Init();
    3 _$ C8 u6 q, ^
24. 
    
25.     while(1)
    3 T1 a; j, c1 m1 W
26. 
    1 p( |! u5 h  T/ i! Q' D* Q2 G' Y
27.     {
    
28. 
    . _, O& ~( S) T; [7 _$ Q8 V9 ]
29.         i++;
    
30. 
    ; q( b. ^4 j+ x( a; P5 I
31.         if(i%10==0)
    
32. 
    
33.         {
    
34. 
    # D. S. v: K, E+ t
35.             beep=!beep;
    
36. 
    
37.         }
    
38. 
    3 d1 Q, R8 g' n, b
39.         if(i%20000==0)
    5 M2 B! p6 \! h* {: `- V+ y$ _
40. 
    . {# L) b( l9 [2 k1 d2 ]+ J
41.         {
    
42. 
    ' y5 Q& _; u$ _4 e& B7 ?
43.             led1=!led1;
    & _! y3 t1 J% {' @6 V- A: {( }
44. 
    0 s, y6 S/ D: r! M
45.         }
    
46. 
    
47.         delay_us(10);
    4 \9 |  x7 s( `7 J! x: @
48. 
    7 }# T" `2 _. O! o
49.     }
    , n& L4 a7 r3 `& G
50. 
    " l! T, a$ K$ m- s
51. }

复制代码

; J% d* N1 z& G8 _

    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，这个在我们后面所有程序都会使用，后面就不重复。

    将工程程序编译下载到开发板内，可以看到 D1 指示灯间隔 200ms 闪烁，蜂鸣器发声。

+ y- o9 A1 a7 M* D0 D( P/ z