1.蜂鸣原理

在消费级无人机解锁、手持电动工具自检或工业协作机器人启动时，操作者往往需要一种直观的听觉反馈来确认设备状态。许多设计选择利用电机线圈本身来发出蜂鸣声，节省了额外的蜂鸣器硬件空间，还能直接利用现有的驱动控制算法。 电机发声的机理与动圈式扬声器很相似，在BLDC电机中，定子绕组就相当于“音圈”，转子永磁体提供了磁场。当向绕组注入高频的交变电流时，定子产生的交变磁场会与转子的永磁场相互作用，产生高频波动的电磁转矩。这种高频波会引起定子齿、绕组线圈以及电机外壳的高频振动，发出声音。 在FOC框架下，我们将三相坐标系下的电流通过Clarke变换映射到α-β平面。为了让电机只发声而不旋转，最理想的方法是在α轴上注入信号：在α轴上施加一个高频的正弦波或方波电压信号，保持β轴电压为0。这种单轴向的高频脉冲产生的平均力矩为零，转子只会在原位发生小幅度的往复微振，不会产生连续旋转。 通过SVPWM调制，系统可以利用功率管的快速开关模拟出这一高频电压向量。FOC矢量注入可以将参考电压矢量精确地映射为三相PWM，占空比受控，使得声学效果更稳定。 改变电压的频率可以改变声音音调；改变幅值则可以改变响度。

2.技术实现

本工程依然在MCSDK生成的代码框架下进行修改和开发，关于MCSDK的使用、开发板硬件说明等等，可以参考前面几篇文章：为了验证可行性，尝试编写代码，在2208电机启动前加入两声蜂鸣声。IDLE 状态下按下按钮 → 蜂鸣1开始 → 蜂鸣1(250ms) → 间隔(90ms) → 蜂鸣2开始 → 蜂鸣2(250ms) → 启动电机

关键参数设置

在 mc_tasks.c 中，定义了几个可调节的宏定义：

参数	值	含义
PRESTART_BEEP_ON_MS	250ms	每段蜂鸣持续时间
PRESTART_BEEP_GAP1_MS	90ms	两段蜂鸣间隔
PRESTART_BEEP1_HALF_MS	1ms	半周期
PRESTART_BEEP1_AMP	28000	第一段蜂鸣振幅
PRESTART_BEEP2_AMP	22000	第二段蜂鸣振幅

半周期用于调节PWM的频率；最后两个幅值参数的范围是 [-32767, 32767]，用于调节响度。28000和22000两个不同的振幅可以验证电压幅值对响度的影响。

声明了用于状态机的几个全局变量：

static volatile bool g_prestart_beep_pending = false; 
static PrestartBeepState_t g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_IDLE; //状态机
static uint32_t g_prestart_beep_tick = 0U; 
static uint32_t g_prestart_beep_mod_tick = 0U;
static bool g_prestart_beep_wave_positive = true; //标志位，用于反转波形

用于状态机的结构体，标志蜂鸣执行的状态：

typedef enum
{
  PRESTART_BEEP_IDLE = 0,
  PRESTART_BEEP_1_ON,
  PRESTART_BEEP_1_GAP,
  PRESTART_BEEP_2_ON,
  PRESTART_BEEP_2_GAP
} PrestartBeepState_t;

波形生成方式

每个蜂鸣段内部以1ms的半周期快速翻转α轴的电压极性，等效为产生500Hz的双极性方波信号，比如幅值为28000的方波，就是在28000和-28000之间翻转。在电机的机械特性和绕圈电感作用下，这个方波会转化为相对平滑的周期性激励，驱动结构振动发声。

我们的函数都在mc_tasks.c中定义和调用： UI_ApplyPrestartBeepVector()：每个半周期翻转一次 g_prestart_beep_wave_positive 标志位，产生双极性的方波信号。PWMC_SetPhaseVoltage() 函数的调用可以自动计算对应的PWM波形并驱动MOS管。 关于PWMC_SetPhaseVoltage()接口的介绍可以在用户文档里的Component/PWM & Current Feedback里面找到：

文档文本大意：作用是将α和β的电压转换成PWM占空比并将其馈送到逆变器。该函数计算每个相位的晶体管在PWM周期内被接通的时间，以达到由Valfa_beta设定的参考相位电压。然后，该函数对相关定时器通道中的占空比进行编程。它还相应地设置下一个PWM周期的相电流采样点。

static inline void UI_ApplyPrestartBeepVector(PrestartBeepState_t state)
{
  alphabeta_t v;
  int16_t amp = UI_GetPrestartBeepAmp(state);

  v.alpha = g_prestart_beep_wave_positive ? amp : (-amp);  // +-交替
  v.beta = 0;
  (void)PWMC_SetPhaseVoltage(pwmcHandle[M1], v);  // 施加到电机
}

状态机

蜂鸣过程由状态机统一调度，我们利用 HAL_GetTick() 获取系统运行时间，并依据预设参数控制两段蜂鸣的时序。在蜂鸣持续期间，通过翻转g_prestart_beep_wave_positive标志位，生成方波信号，并调用前面实现的UI_ApplyPrestartBeepVector()函数将电压施加到电机上，使其振动发声。 在蜂鸣完毕后，自动调用MC_StartMotor1()启动电机。

//这两个可以在文件头用户自定义区加入，用于判断两声蜂鸣的频率和振幅
static inline uint32_t UI_GetPrestartBeepHalfMs(PrestartBeepState_t state)
{
  return (state == PRESTART_BEEP_1_GAP) ? PRESTART_BEEP1_HALF_MS : PRESTART_BEEP2_HALF_MS;
}

static inline int16_t UI_GetPrestartBeepAmp(PrestartBeepState_t state)
{
  return (state == PRESTART_BEEP_1_GAP) ? PRESTART_BEEP1_AMP : PRESTART_BEEP2_AMP;
}

在用户区实现状态机：

/* USER CODE BEGIN Private Functions */
static void UI_ProcessPrestartBeep(void)
{
  uint32_t now;

  if (!g_prestart_beep_pending)
  {
    return;
  }

  if (IDLE != MC_GetSTMStateMotor1())
  {
    g_prestart_beep_pending = false;
    g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_IDLE;
    PWMC_SwitchOffPWM(pwmcHandle[M1]);
    return;
  }

  now = HAL_GetTick();

  switch (g_prestart_beep_state)
  {
    case PRESTART_BEEP_1_ON:
      g_prestart_beep_tick = now;
      g_prestart_beep_mod_tick = now;
      g_prestart_beep_wave_positive = true;
      PWMC_SwitchOnPWM(pwmcHandle[M1]);
      UI_ApplyPrestartBeepVector(PRESTART_BEEP_1_GAP);
      g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_1_GAP;
      break;

    case PRESTART_BEEP_1_GAP:
      if ((now - g_prestart_beep_tick) >= PRESTART_BEEP_ON_MS)
      {
        PWMC_SwitchOffPWM(pwmcHandle[M1]);
        g_prestart_beep_tick = now;
        g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_2_ON;
      }
      else if ((now - g_prestart_beep_mod_tick) >= UI_GetPrestartBeepHalfMs(g_prestart_beep_state))
      {
        g_prestart_beep_mod_tick = now;
        g_prestart_beep_wave_positive = !g_prestart_beep_wave_positive;
        UI_ApplyPrestartBeepVector(g_prestart_beep_state);
      }
      break;

    case PRESTART_BEEP_2_ON:
      if ((now - g_prestart_beep_tick) >= PRESTART_BEEP_GAP1_MS)
      {
        g_prestart_beep_mod_tick = now;
        g_prestart_beep_wave_positive = true;
        PWMC_SwitchOnPWM(pwmcHandle[M1]);
        UI_ApplyPrestartBeepVector(PRESTART_BEEP_2_GAP);
        g_prestart_beep_tick = now;
        g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_2_GAP;
      }
      break;

    case PRESTART_BEEP_2_GAP:
      if ((now - g_prestart_beep_tick) >= PRESTART_BEEP_ON_MS)
      {
        PWMC_SwitchOffPWM(pwmcHandle[M1]);
        g_prestart_beep_tick = now;
        g_prestart_beep_state = PRESTART_BEEP_IDLE;
        g_prestart_beep_pending = false;
        g_as5600_gimbal_hold_active = false;
        (void)MC_StartMotor1();
      }
      else if ((now - g_prestart_beep_mod_tick) >= UI_GetPrestartBeepHalfMs(g_prestart_beep_state))
      {
        g_prestart_beep_mod_tick = now;
        g_prestart_beep_wave_positive = !g_prestart_beep_wave_positive;
        UI_ApplyPrestartBeepVector(g_prestart_beep_state);
      }
      break;

    case PRESTART_BEEP_IDLE:
    default:
      g_prestart_beep_pending = false;
      break;
  }

  if ((!g_prestart_beep_pending) && ((HAL_GetTick() - g_prestart_beep_tick) > PRESTART_BEEP_GAP2_MS))
  {
    /* Keep timing constants intentionally visible for future tuning. */
  }
}

在MC_RunMotorControlTasks()中调用上面我们编写的状态机函数：

__weak void MC_RunMotorControlTasks(void)
{
  if (0U == bMCBootCompleted)
  {
    /* Nothing to do */
  }
  else
  {
    /* ** Medium Frequency Tasks ** */
/* USER CODE BEGIN MC_Scheduler 0 */
  UI_SyncUserControlMode();
    UI_ProcessPrestartBeep();

/* USER CODE END MC_Scheduler 0 */
//……后面省略

整个过程在中速FOC任务中处理，这个任务是在SysTick_Handler中运行的，靠中断进入，不阻塞主循环，确保系统实时性不受影响。调度链如下： SysTick → MC_RunMotorControlTasks → UI_ProcessPrestartBeep

实验结果可以清晰发出两声“哔哔”提示音。

4.小结

本文利用FOC控制框架，通过在α轴注入高频双极性电压信号，实现了无需额外硬件的电机蜂鸣功能。该方法利用电机结构的机械振动特性，将电磁激励转化为声波输出。