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。
9 ]" j; k# }3 t& J
) [3 [+ {3 [* `; w5 I+ M$ a11.1 蜂鸣器简介
5 y; H9 s/ a1 O% [9 ?0 h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。
5 q$ `  n( \$ ~. L5 `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：
0 t4 A( U( e" q& T

& l  N# y& O( A- |  m3 X* ~. [
图11.1. 1有源蜂鸣器
# M$ m! c* b7 l0 ~5 h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。
  ~- |* n0 ~' e7 P9 v: M9 y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：
( j. F% [- N* Q; ~. F9 ^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。
4 U* i( R/ z/ U! K②STM32MP157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。
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。
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。
$ L4 V7 g# V% {1 k


6 [1 Y6 e  h3 b. ~图11.1. 2数据手册部分截图
11.2 硬件设计
) d' ?. }/ k2 d( E( v8 V+ f1.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
# }7 Q! E5 ^, F
! A. N7 U+ ^* ?8 G

表11.2. 1硬件资源
3. 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：
3 }' X  L) g  Y4 ]3 C' I

0 @; X# `5 I  D. }* J
图11.2. 1 LED与STM32MP157连接原理图
9 p1 ~0 w1 Z; O  ~; \


图11.2. 2蜂鸣器与STM32MP157连接原理图
% `! G6 B# k/ F, ~' o+ {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。
5 ]# u2 I( [- ]( i
8 N& g1 U! V+ F4 G, q6 F8 S% M11.3 软件设计
' ^) Q2 o: @& h6 I* p0 E; ?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。
( c- U; G2 [) E6 ^- \11.3.1 程序设计流程
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：
. O, s( Q. g# J" D: Y2 j
9 O0 j3 N, J: ]

* S7 u/ \% Z: H3 ~! n图11.3.1. 1程序设计流程图
11.3.2 GPIO功能引脚配置
; q/ `# z3 ]6 K! [3 A' {) O( E; o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。
! {4 A2 M2 e; O+ s
1 Z) P5 q7 K' E2 G3 i1 @7 l: u
' y# o, G3 d3 l' J% e* p2 [* q( G
5 L4 n( U* y) W9 m$ E$ P' Z图11.3.1. 1配置PI0引脚复用功能
接下来配置GPIO的工作模式，其中：
8 W0 e0 J7 Q% f9 F8 B0 F# t& \5 ~: C$ fPC7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；
- p, S- |9 h: W8 p4 |8 fPI0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；
PF3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。
  D: y$ b& [2 T+ T/ R4 ~7 X


2 Y% H6 l4 f; _" k" ]1 d图11.3.1. 2配置GPIO工作模式
4 m2 p) j& Y# Y& X. ?. o11.3.3 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：
, M3 V# x4 W5 q& o( w
& q4 x- r5 m8 k4 e" v" l4 E) k

图11.3.2. 1配置生成外设独立的初始化文件
) F2 ]- r; |' a, h0 B: r6 h11.3.4 生成工程
+ z1 w8 P! S1 U6 Z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。
+ w" p* R4 o, T$ d& h
. m+ ]( `8 ]& H" W: W* e* P- V

# [7 \; G; I/ u- W, G6 r7 `' \- J图11.3.3. 1生成BEEP工程

2 ?* A( ]3 N, `+ t2 ?& a11.3.5 控制逻辑代码实现
1.新建用户文件
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：
9 `  J% K/ W& \) B; w( K


) r" x4 G, D; s+ F9 d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 U- W# X/ R" A
" k# Z; F: g; J0 z$ u0 e
' K# o5 v' N% E, A0 v
图11.3.4. 2新建beep.h和beep.c文件
5 t: H# r8 W# j* W8 B7 C5 b+ v6 Q3 h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：
2 b8 ~- p" L/ G# E" c
$ e7 h5 w: P& _
! ]. f+ D/ g& C0 A" {4 Y$ _! @
( N" ~8 I  g' m; S' p图11.3.4. 3工程关联添加的源文件
5 T1 |+ g  @5 U2. 添加用户驱动代码
8 u8 r; Y% N8 n: ]* o# i* {在beep.h文件中添加如下代码：
beep.h文件内容

1. 1   #ifndef __BEEP_H
   0 R) q* W- p2 |0 X1 j
2. 2   #define __BEEP_H
   2 o4 o6 M7 n/ Q, G
3. 3
   
4. 4   #include"gpio.h"
   
5. 5   /* 蜂鸣器控制 */
   - H+ ?  M, m9 D. R
6. 6   #define BEEP(x)   do{ x ? \
   
7. 7    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET) : \
   , H% l# s2 J6 j8 E% b
8. 8    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET); \ 9                           }while(0)      
   
9. 10
   
10. 11  /* 蜂鸣器取反控制 */
    : J- U% w. G- c0 K9 U
11. 12  #define BEEP_TOGGLE() \  
    
12. 13  do{ \
    * [8 g- [) s. D9 C* ]  w
13. 14      HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin); \
    & U4 j7 a$ h* i! K3 v  H6 J
14. 15    }while(0)                                  /* BEEP = !BEEP */
    1 D7 L7 X! u) c$ i3 k) E  n1 |
15. 16
    4 f+ ]- v: h/ R- B' ?
16. 17  void beep_init(void);         /* BEEP初始化函数 */
    : X, U/ m- U: b" X. Z* J
17. 18
    ! C2 F: L7 a5 ^
18. 19  #endif  

复制代码

7 R4 ^, H4 ^6 K. {1 h2 ]beep.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。
# o, {3 T) Y3 m: G& Y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。
+ P- @6 ?" k1 ^7 r8 \7 R/ m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

# B. ?, E% a% e7 Z9 q- E/ x

1. 1   #include "./Include/beep.h"
   + N/ B' Y, b4 D0 a6 l, s
2. 2
   6 J, L4 e+ l! Z+ U2 I$ S3 ?! A
3. 3   void beep_init(void)
   
4. 4   {
   : o6 _8 H! f8 [! i7 g7 b
5. 5           BEEP(0);                            /* 关闭 蜂鸣器 */
   9 Q/ q/ f, F' ^! W9 ]: s% p
6. 6   }
   
7.         main.c文件代码如下：
   
8. main.c文件内容
   - U( ?& @! X5 m" b+ _0 H2 I
9. 1   #include "main.h"
     v) `1 i1 ], B, \9 s( ]
10. 2   #include "gpio.h"
    
11. 3   #include "../../BSP/Include/beep.h"
    
12. 4   #include "../../BSP/Include/led.h"
    
13. 5
    - y$ r6 W# m0 ?: D
14. 6   void SystemClock_Config(void);
    0 V5 V% Z' f8 N+ i+ Z
15. 7
    
16. 8   int main(void)
    ! I" S) E' z) e# ]  q
17. 9   {
    
18. 10    /* 初始化HAL库 */
    % g( Z) {: t1 l; i
19. 11    HAL_Init();
    % X6 x4 J# r7 a* V" s; F% t; G
20. 12   
    
21. 13    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    
22. 14    {
    ) `; X4 ^9 _3 u5 ?- g
23. 15     /* 配置系统时钟 */
    * q' ?8 n  u. h( O* u; p
24. 16      SystemClock_Config();
    - k, y7 `: {2 _2 n/ |( A3 K
25. 17    }
    2 N3 t8 O, P& ?+ C
26. 18
    . _3 W$ ~7 v% H! w  x6 U: [
27. 19    /* 初始化所有已经配置的外设 */
    % R+ \1 E; z- e  @2 r
28. 20    MX_GPIO_Init();
    
29. 21    led_init();                           /* 关闭 LED0,打开LED1  */
    
30. 22    beep_init();                         /* 关闭BEEP */
    
31. 23   
    
32. 24    while (1)
    ! T6 c3 v+ O6 K+ J& |" V' Y
33. 25    {
    
34. 26      BEEP(1);                            /* 打开蜂鸣器 */
    7 |) o% H+ V; E1 u$ _
35. 27      LED0(0);                            /* 打开LED0 */
    2 m  A  [5 i4 U* s7 {" o. t
36. 28      LED1(0);                            /* 打开LED1 */
    
37. 29      HAL_Delay(1000);
    3 `5 ~# B& y' i$ O, J  l7 h6 j+ Z
38. 30      BEEP(0);                            /* 关闭蜂鸣器 */
    6 D0 y2 b1 C3 _, ]
39. 31      LED0(1);                            /* 关闭LED0 */
    
40. 32      LED1(1);                            /* 关闭LED1 */
    
41. 33      HAL_Delay(1000);
    
42. 34    }
    . d! ^8 N' p  y9 b3 A$ k& }% }
43. 35  }
    
44. 36
    5 l1 @& K) A& u8 I. J
45. 37  /*系统时钟配置*/
    + c+ n4 C& u7 U$ P. ~! ?
46. 38  void SystemClock_Config(void)
    * i* l8 M+ h% L
47. 39  {
    # m. l' J, U; E* Y
48. 40    /*此处省略时钟初始化代码*/
    * q8 T1 I: q3 T
49. 41  }
    6 s6 U0 Z+ ~8 [0 m& u7 W% J# b: P
50. 42
    
51. 43  void Error_Handler(void)
    " D7 |1 ~0 n4 S$ D
52. 44  {
    5 M9 ]2 Y2 }8 ^. E
53. 45   
    
54. 46  }
    0 M. A5 ?  R6 p+ Y1 _

复制代码

main.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。

8 r! v4 G( z4 `$ ^0 t% ^' l) ^- o; h/ m11.3.6 编译和调试
" f; C  A. z9 C1 k2 M6 k% t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。
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- {8 A% \$ I; ]8 M+ X  m