蜂鸣器实验
2 G; @  a1 N5 N/ C8 n6 q# B  v6 t本章，我们将通过另外一个例子继续讲述STM32H7的IO口作为输出的使用，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。
/ U" j( m& ]+ X! l
( J+ ^& K% r0 N3 Q0 i14.1 蜂鸣器简介
5 S4 f( I( r3 l7 a! H8 C! i  y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。
MiniPRO STM32H750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：


7 K' D7 G; T. y8 a
- i. r4 G# M& }8 x% b% m图14.1.1 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。
$ i: e' {( w  A1 [# e  |* t上一章，我们利用STM32的IO口直接驱动RGB灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32的IO口驱动呢？让我们来分析一下：STM32H7的单个IO最大可以提供25mA电流（来自数据手册），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，两者十分相近，但是全盘考虑，STM32H7整个芯片的电流，最大也就150mA，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STM32H7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STM32H7的IO只需要提供不到1mA的电流就足够了。
$ Q" i+ p+ c4 r3 `4 U: L/ XIO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，可能出现的问题也就越少。
1 ~' p" t! d/ ~
14.2 硬件设计
1.例程功能
蜂鸣器每隔300ms响或者停一次。LED0每隔300ms亮或者灭一次。LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫。
2.硬件资源
2 G( w5 n3 q+ W0 P  }5 e& a1）RGB灯
LEDR : LED0 - PB4（红）
2）蜂鸣器
1 Z$ h4 t; g1 Y" g- v$ x# \, `BEEP(PE4)
$ `+ m6 x4 g" v$ v3.原理图
) v  j+ H' T- Y8 R! V蜂鸣器在硬件上是直接连接好了的，不需要经过任何设置，直接编写代码就可以了。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32H7的PE4上。如图14.2.1所示：
, l+ Q& w+ [8 [5 Q$ a) _6 z5 H& p) I( ?

! O9 M# C3 U4 u7 r& l图14.2.1 蜂鸣器与STM32H7连接原理图
3 a$ i( Y7 m" v. N9 O( e图中我们用到一个NPN三极管（S8050）来驱动蜂鸣器，R30主要用于防止蜂鸣器的误发声。驱动信号通过R29和R30间的电压获得，芯片上电时默认电平为低电平，故上电时蜂鸣器不会直接响起。当PE4输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当PE4输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。
- c2 I: {5 T! Z# r. u/ Q3 v; g
14.3 程序设计
4 N! c( m/ q! i/ q本实验我们只是用到GPIO外设输出功能，关于HAL库的GPIO的API函数请看跑马灯实验的介绍。下面我们直接分析本实验的程序流程图。
# Y6 h5 [( Z. O' E1 d- G7 U6 ~  A14.3.1 程序流程图



& m) m4 H8 F- Q图14.3.1.1 蜂鸣器实验程序流程图

+ e2 d# a# ~0 M5 b# R; b5 H$ m. [6 ^# t14.3.2 程序解析
3 p  l$ m; A+ l: g1.蜂鸣器驱动代码
. [, z$ q! H. b) _5 {8 L; U这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。蜂鸣器（BEEP）驱动源码包括两个文件：beep.c和beep.h。
下面我们先解析beep.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。
由硬件设计小节，我们知道驱动蜂鸣器的三极管在硬件上连接到PE4，我们做了下面的引脚定义。

1. /*****************************************************************************/
   : {' M: `; N! K1 h  z
2. /* 引脚 定义 */
   + r  U* O7 d* w
3. 
   
4. #define BEEP_GPIO_PORT                 GPIOE
   1 ~$ k1 J7 S% k: s" W
5. #define BEEP_GPIO_PIN                  GPIO_PIN_4
   - y+ L6 _- h0 q4 c& G
6. /* PE口时钟使能 */
   : y$ X3 [+ E) S+ ~
7. #define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE()       do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)
   
8. /*****************************************************************************/
   9 Y# T- t) f) D+ q( }* a
9. 可以看到这样定义跟跑马灯实验的是类似。
   ( x" q; D. _; w
10. 为了后续对蜂鸣器进行便捷的操作，我们为蜂鸣器操作函数做了下面的定义。
    
11. /* 蜂鸣器控制 */
      n0 L4 q8 P6 \3 k; `4 g# t
12. #define BEEP(x)   do{ x ? \
    , V" t% J! o- u: C* O# u9 a  g
13.                          HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
    
14.      BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
    4 \4 ?# o2 a/ \! Y3 Q
15.                          HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
    
16. BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
    
17.                      }while(0)
    
18. 
    
19. /* 蜂鸣器取反控制 */
    6 X+ t- Z3 @' u3 ?) J5 A
20. #define BEEP_TOGGLE()  do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT,
    
21. BEEP_GPIO_PIN); }while(0)  /* BEEP = !BEEP */
    2 z' n+ j. {/ m
22. BEEP(x)这个宏定义就是控制蜂鸣器的打开和关闭的。例如：如果要打开蜂鸣器，那么调用宏定义BEEP(1)即可，如果要关闭蜂鸣器，调用宏定义BEEP(0)即可。
    $ T& F, E2 T; M% \9 d) L
23. BEEP_TOGGLE()是控制蜂鸣器进行翻转的。这里也利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。
    
24. 下面我们再解析beep.c的程序，这里只有一个函数beep_init，这是蜂鸣器的初始化函数，其定义如下：
    
25. /**
    + q$ l& ^  a) B. S0 b, U1 Q; Q
26. * @brief       初始化BEEP相关IO口, 并使能时钟
    
27. * @param       无
    
28. * @retval      无
    
29. */
    9 e( a$ O+ x) N( Z2 l
30. void beep_init(void)
    # d4 T$ K( C9 F* O
31. {
    ) i7 N- D- f+ p
32.     GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    ! T7 o0 }, |7 S- I' v7 ^0 P8 e: x
33.     BEEP_GPIO_CLK_ENABLE();                                       /* BEEP时钟使能 */
    5 Z  s( l. K8 d, S" @5 N- B
34. 
    
35.     gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN;                      /* 蜂鸣器引脚 */
    
36.     gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;              /* 推挽输出 */
    
37.     gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                        /* 上拉 */
    - Y5 ~% N6 |/ W) I- m, Y9 E  D
38.     gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;          /* 中速 */
    
39.     HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);         /* 初始化蜂鸣器引脚 */
    
40. 
    * E, Q, ?  r2 l# i- q
41.     BEEP(0);                                                          /* 关闭蜂鸣器 */
    
42. }

复制代码

对蜂鸣器的引脚设置为中速上拉的推挽输出。最后关闭关闭蜂鸣器，防止没有操作就响了。
6 I  @8 h$ A, @4 U0 o7 X2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：

0 I. B) p+ z4 @5 }9 P0 X

1. #include "./SYSTEM/sys/sys.h"
   8 x9 L" _+ _3 V2 c
2. #include "./SYSTEM/usart/usart.h"
   ) z9 h/ L7 A& S* T
3. #include "./SYSTEM/delay/delay.h"
   
4. #include "./BSP/LED/led.h"
   & P' r' X% b+ u* \9 [" L
5. #include "./BSP/BEEP/beep.h"
   $ ^/ y4 x$ x' p1 w+ d
6. 
   ; J! m! r& J# V# ^
7. int main(void)
   
8. {
   
9.     sys_cache_enable();                             /* 打开L1-Cache */
   4 d9 t  P) Y. m5 y! N4 ]
10.     HAL_Init();                                       /* 初始化HAL库 */
    ( M/ n9 o5 f6 C1 x) R
11.     sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4);          /* 设置时钟, 480Mhz */
    # t& ?* Y$ j3 c0 i0 h$ \* @" h
12.     delay_init(480);                                 /* 延时初始化 */
    3 v' j( f* R6 u1 h% A/ a1 M
13.     led_init();                                       /* 初始化LED */
    " Y9 C& _( M% z3 X/ C
14.     beep_init();                                      /* 初始化蜂鸣器 */
    
15. 
    4 K0 M# h+ K4 R& T
16.     while (1)
    4 Z; b5 S& S  ~, e4 Y5 F
17.     {
    , J8 c+ i3 ^; a0 E; c
18.         LED0(0);
    % I+ G6 P) R2 t) p2 I- ~: O
19.         BEEP(0);
    : y' e6 m! [0 l& J
20.         delay_ms(300);
    
21.         LED0(1);
    ' ~. C7 }' o9 _3 K* Y
22.         BEEP(1);
    . k6 d! J) ?1 x" x- \  Z5 e
23.         delay_ms(300);
    
24.     }
    ( B6 x* Y! \  N
25. }

复制代码

首先是调用系统级别的初始化：sys_cache_enable函数使能I-Cache和D-Cache，然后初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化RGB灯，调用beep_init函数初始化蜂鸣器。最后在无限循环里面实现LED0和蜂鸣器间隔300ms交替闪烁和打开关闭一次。

14.4 下载验证
' ~" s6 X4 l" W/ d# r下载完之后，可以看到LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫（因为他们的有效信号相反）。间隔为0.3秒左右，符合预期设计。
至此，本章的学习就结束了。通过本章，我们进一步学习IO作为输出的使用方法，同时巩固了前面知识的学习。希望大家在开发板上实际验证一下，从而加深印象。
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; ?' M. x0 n9 `9 _) k8 ]
* U8 S0 ~* L' h0 A