蜂鸣器实验
上一章，我们介绍了STM32MP157的IO口作为输出的使用。本章，我们将通过另外一个例子继续巩固IO口作为输出使用的操作方法，不同的是本章讲的不是用IO口直接驱动器件，而是通过三极管间接驱动。我们将利用一个IO口来控制板载的有源蜂鸣器。

11.1 蜂鸣器简介
1 X7 I6 {( z  r+ r% \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，用作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
. Y, W1 Q& N" |' h2 r3 m! @0 {正点原子STM32MP157开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图14.1.1所示：


- L: e/ x  Y6 }4 n+ ]: ?
+ m' V1 K5 ]: u$ j$ P! i* c图11.1. 1有源蜂鸣器
这里的有源不是指电源的“源”，而是指有没有自带震荡电路，有源蜂鸣器自带了震荡电路，一通电就会发声；无源蜂鸣器则没有自带震荡电路，必须外部提供2~5KHz左右的方波驱动，才能发声。
上一章，我们利用STM32MP1的IO口直接驱动LED灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32MP157的IO口驱动呢？让我们来分析一下：
①STM32MP157的单个IO最大可以提供20mA电流（来自数据手册，如下图），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，如果直接将蜂鸣器接在IO口上，可能会烧毁IO。
9 f8 B2 W. J; k! C2 V: a②STM32MP157整个芯片的电流，最大也就140mA，如果用IO口直接驱动蜂鸣器，其他地方用电就得省着点了。
* H0 z' F  g, R4 Z所以我们不用STM32MP1的IO直接驱动蜂鸣器，而是通过三极管扩流后再驱动蜂鸣器，这样STM32MP157的IO只需要提供不到1mA的电流就足够了。
+ |) D+ |7 d- `" F! S7 ~9 ]IO口使用虽然简单，但是和外部电路的匹配设计，还是要十分讲究的，考虑越多，设计就越可靠，出现的问题也就越少。
6 ?$ x8 N4 D& e* a. e
8 x4 A9 }. q6 Z- D
3 k9 \) I) t; z* {
图11.1. 2数据手册部分截图
11.2 硬件设计
6 @  j( P: l3 j# s: q1.例程功能
控制蜂鸣器每隔1s响或者停一次，当蜂鸣器响的时候，LED0和LED1亮，当蜂鸣器停的时候，LED0和LED1灭。
2.硬件资源

: B# |9 z' S8 q' p  E

" X$ H$ t! L6 E. W5 P! g, T表11.2. 1硬件资源
4 \9 L9 e% n" D0 P) E: `* b! P3. 原理图
STM32mp157原理图中，LED0接在PI0上，LED1接在PF3上。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32mp157的PC7上。如下图所示：
& G( k* P7 ^8 J, l


- ]% k! p& q1 J# R: A) c" q& [. b% W图11.2. 1 LED与STM32MP157连接原理图
0 w$ G2 ~  J; H4 v' m


图11.2. 2蜂鸣器与STM32MP157连接原理图
" `8 B% [3 m) ?) d; S& n: ?+ R图中我们用到一个PNP 型的三极管（S8550）来驱动蜂鸣器，R108主要用于防止蜂鸣器的误发声。当PC7输出低电平的时候，Q1导通，蜂鸣器发声，当PC7输出高电平的时候，Q1不导通，蜂鸣器停止发声。
' [% h6 L/ d9 w- j" v1 ?* m& U4 O9 b
/ P+ D& E) U2 A5 {4 V$ W11.3 软件设计
本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\11、M4 CubeIDE裸机驱动例程\CubeIDE_project\ 4 BEEP。
; a" z% p. A  W11.3.1 程序设计流程
/ d4 F, Z* b  o' b7 X: {本章节我们通过HAL库的API函数来驱动LED和蜂鸣器，实现蜂鸣器、LED0和LED1以1s间隔交替开启和关闭。其中，我们会用到HAL库中的HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin函数。实验程序的设计流程如下：

& w' z. P4 b( X  Q7 ?( y

$ n! ]0 Y9 u6 O" U2 J图11.3.1. 1程序设计流程图
0 q4 z8 |% b8 f) S. d. v# i& M" b11.3.2 GPIO功能引脚配置
$ a1 |$ C1 @$ E7 s新建一个工程BEEP，进入STM32CubeMX插件配置界面后，在Pinout & Configuration处配置PI0、PF3和PC7为GPIO Output，并配置PI0、PF3和PC7给CM4内核使用，如下图所示。

$ Q$ o$ \, h' D9 @0 E' }
" o1 q8 q4 J" J% d
图11.3.1. 1配置PI0引脚复用功能
, b6 p; u, L1 t1 g" `接下来配置GPIO的工作模式，其中：
PC7配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为BEEP；
6 e: Y3 k  t: R# CPI0配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为LED0；
; h/ B3 X% E! j$ o- F; |4 jPF3配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为LED1；
上面的配置，速度等级也可以选其它配置，PI0和PF3的User Label我们保持和上面LDE实验的一致，因为我们要用前面LED工程的实验代码。

$ _2 r: A$ M* B4 E" Q
) @- [2 e$ Q: X8 }
, A7 @# r- I! e' L' p/ l: y# H图11.3.1. 2配置GPIO工作模式
11.3.3 时钟和工程配置
我们采用默认内部高速时钟HSI（64MHz）。同时在Project Manager窗口勾选此项，配置独立生成对应外设的初始化.h和.c 文件：
) G: T3 m' B" Y3 y
* B8 O, g) h: ?! u7 n, K& W
, p( V% K3 ]$ |2 m( ], B8 G
图11.3.2. 1配置生成外设独立的初始化文件
11.3.4 生成工程
配置好之后，按下键盘的“Ctrl+S”组合键保存保存 LED.ioc 文件，系统开始生成初始化代码。
+ M) w* q' q  y/ _' n

8 {& ], t0 w! U
图11.3.3. 1生成BEEP工程

11.3.5 控制逻辑代码实现
1.新建用户文件
' L5 |5 x4 {/ W5 _) l2 |$ S1 e将上一章LED工程的BSP文件夹直接复制粘贴到本工程的CM4工程根目录下。如果还不太熟悉在工程中拷贝文件和新建文件的操作，也可以回头看看我们前面第4.2.3小节，如下图：



& t* ]- \4 j( `1 n, z图11.3.4. 1拷贝BSP文件夹
在BSP的Include目录下新建beep.h头文件，在BSP的根目录下新建beep.c源文件，如下图：


6 {! t- n3 v4 t
图11.3.4. 2新建beep.h和beep.c文件
最后记得在工程中设置源文件的路径，否则编译的时候会找不到beep.c和led.c文件里的函数。如果把BSP文件夹放在Core目录下的话，就不需要进行这步设置：

8 L; ?8 t: Y$ A+ {/ H6 D( e

5 t6 q7 J. B# n  Q图11.3.4. 3工程关联添加的源文件
2. 添加用户驱动代码
3 q# C, `! o7 [+ k+ c在beep.h文件中添加如下代码：
beep.h文件内容

1. 1   #ifndef __BEEP_H
   8 ?$ u7 z" U7 N- D( V% s
2. 2   #define __BEEP_H
   
3. 3
   
4. 4   #include"gpio.h"
   
5. 5   /* 蜂鸣器控制 */
   
6. 6   #define BEEP(x)   do{ x ? \
   
7. 7    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET) : \
   ' l- [4 O& N7 d; D6 o
8. 8    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET); \ 9                           }while(0)      
   
9. 10
   $ J; r% T& E( O! w8 w# A6 e0 Y
10. 11  /* 蜂鸣器取反控制 */
    
11. 12  #define BEEP_TOGGLE() \  
    8 [- m. |* r" P9 ?  j8 {
12. 13  do{ \
    
13. 14      HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin); \
    
14. 15    }while(0)                                  /* BEEP = !BEEP */
    
15. 16
    2 y+ u) `3 ~* M! Q) o3 @
16. 17  void beep_init(void);         /* BEEP初始化函数 */
    
17. 18
    
18. 19  #endif  

复制代码

! u5 O$ Y) r" Z; v) P/ vbeep.h文件中调用HAL_GPIO_WritePin函数来对GPIO端口位写值，调用HAL_GPIO_TogglePin函数来对GPIO端口位取反。
' i) q2 Q5 n5 W: }第6~9行，当x大于0的时候，设置端口位为0，蜂鸣器响；当x小于0的时候，设置端口位为1，蜂鸣器不响。
6 J7 U% j( Z3 @0 N: c第12~15行，对GPIO端口位取反，如果蜂鸣器开启，执行这段语句后蜂鸣器关闭；如果此时蜂鸣器关闭，执行这段语句后打开蜂鸣器。
在beep.c文件中添加如下代码，默认关闭蜂鸣器。

beep.c文件内容
/ _$ i6 r' `5 s# @% {6 m
3 A4 C" O4 k# c. l

1. 1   #include "./Include/beep.h"
   
2. 2
   8 P; l8 ^; j, L, o
3. 3   void beep_init(void)
   
4. 4   {
   
5. 5           BEEP(0);                            /* 关闭 蜂鸣器 */
   , C+ E! {% i, _. _
6. 6   }
   
7.         main.c文件代码如下：
   5 x: t- [5 E( y7 d/ v
8. main.c文件内容
   
9. 1   #include "main.h"
   
10. 2   #include "gpio.h"
    
11. 3   #include "../../BSP/Include/beep.h"
    
12. 4   #include "../../BSP/Include/led.h"
    
13. 5
    , @: Y( X: j6 ~0 t
14. 6   void SystemClock_Config(void);
    # |/ v! J  i1 W$ ~6 n2 u$ _
15. 7
    
16. 8   int main(void)
    
17. 9   {
    - D% O* V  J2 q4 p7 n- w& }
18. 10    /* 初始化HAL库 */
    
19. 11    HAL_Init();
    
20. 12   
    5 K. j/ X2 H9 [6 k
21. 13    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    
22. 14    {
    2 T/ ]* O6 o) Z
23. 15     /* 配置系统时钟 */
    
24. 16      SystemClock_Config();
    
25. 17    }
    ) ^- w5 k; c7 l  {' m
26. 18
    , ^" |! o/ p" p0 d
27. 19    /* 初始化所有已经配置的外设 */
    
28. 20    MX_GPIO_Init();
      s6 h+ Y2 h: u# |% V
29. 21    led_init();                           /* 关闭 LED0,打开LED1  */
    4 v4 G; x: m6 _4 \4 b3 w& X' ~' V
30. 22    beep_init();                         /* 关闭BEEP */
    
31. 23   
    
32. 24    while (1)
    . S3 M5 x& z4 j" a- _# }0 @
33. 25    {
    7 r0 t) t1 u5 q) }! A9 A
34. 26      BEEP(1);                            /* 打开蜂鸣器 */
    7 V3 v0 Z4 ^$ ]  a1 J7 P$ X
35. 27      LED0(0);                            /* 打开LED0 */
    6 o9 F( W" t7 |: W8 [
36. 28      LED1(0);                            /* 打开LED1 */
    
37. 29      HAL_Delay(1000);
    
38. 30      BEEP(0);                            /* 关闭蜂鸣器 */
    # f+ x* B5 i) _" J/ ?
39. 31      LED0(1);                            /* 关闭LED0 */
    ( t8 r2 a5 a9 {% Z+ q2 ?% f
40. 32      LED1(1);                            /* 关闭LED1 */
    - r% C: v. O# @( O$ y5 _
41. 33      HAL_Delay(1000);
    0 e% r) N- `- |! E
42. 34    }
    & |; W/ F& i3 R- c# Z) B  |
43. 35  }
    
44. 36
    ) E; @' @- _) ]5 x5 q& d
45. 37  /*系统时钟配置*/
    
46. 38  void SystemClock_Config(void)
    
47. 39  {
    0 w# O1 u( k/ f2 @: U8 {
48. 40    /*此处省略时钟初始化代码*/
    
49. 41  }
    
50. 42
    % f; B" T% a! e7 ]2 q
51. 43  void Error_Handler(void)
    " }7 w: T1 ^7 A- t7 k4 e9 ]
52. 44  {
    
53. 45   
    % b) Q( [! a; g2 Q, _
54. 46  }
    8 C* e5 A+ ?" V& r+ K$ \  X4 }! U

复制代码

. I$ t( \- i/ T# D/ G0 V1 pmain.c文件中的初始化代码我们在前面的第10.5.5小节有分析过，这里不再赘述。在while循环中，蜂鸣器以1秒的间隔发声，当蜂鸣器响的时候，LED0和LED1亮，当蜂鸣器不响的时候，LED0和LED1灭。

11.3.6 编译和调试
0 i- Q7 ?. N; s7 H& E/ _% ^* e工程编译不报错后，进入Debug模式调试工程，点击运行以后实验现象和我们上面分析的一致。
( [( ?- C2 c& Q( M+ E5 e5 j4 M————————————————
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