STM32與無源蜂鳴器

使用有源蜂鳴器，只能發(fā)出固定的”滴滴“聲，當(dāng)然不能滿足于此呀。使用無源蜂鳴器，只要輸出不同頻率的PWM波，即可發(fā)出不同的音符。不同的音符組合起來就是一個(gè)曲子了。

1 樂譜簡(jiǎn)析
1．1 音階
音階是音樂必不可少的要素，主要由聲音的頻率決定。通過給蜂鳴器不同頻率的音頻脈沖，可以產(chǎn)生不同的音階，而要產(chǎn)生某頻率的音頻脈沖，最簡(jiǎn)單的辦法是算出該音頻的周期，然后將此周期除以2即為半周期的時(shí)間。通過程序控制單片機(jī)某引腳半周期為“高”、半周期為“低”，不斷交替變換，即可產(chǎn)生該頻率的矩形波，接到蜂鳴器上就可發(fā)出該頻率的聲音。若想改變音階，只需要改變半周期時(shí)間即可。下表為各音調(diào)音符頻率對(duì)照表，據(jù)此可產(chǎn)生不同音階的音符?！?”表示半音，用于上升或下降半個(gè)音，乘以2就提升該聲音一個(gè)8度音階，減半則降一個(gè)8度。

1．2 節(jié)拍
若要構(gòu)成音樂，光有音階是不夠的，還需要節(jié)拍，也就是音符持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，一般用拍數(shù)表示。至于1拍是多少秒，沒有嚴(yán)格的規(guī)定，只要節(jié)拍適宜，聲音悅耳即可。假如某首歌曲的節(jié)奏是每分鐘120拍，那么1拍為0．5 s，1／4拍為0．125 s，以此類推可得到其他節(jié)拍對(duì)應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)。這樣，利用不同的頻率，加上與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，就構(gòu)成了樂曲。

2 STM32中的定時(shí)器
音階的產(chǎn)生與聲音頻率有關(guān)，為了實(shí)現(xiàn)不同音階，必須能為蜂鳴器提供不同頻率的脈沖。為此，選擇STM32芯片，利用其自帶的定時(shí)器，通過PWM產(chǎn)生脈沖信號(hào)。STM32中一共有11個(gè)定時(shí)器，包含2個(gè)高級(jí)控制定時(shí)器、4個(gè)普通定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器，以及2個(gè)看門狗定時(shí)器和1個(gè)系統(tǒng)滴答定時(shí)器SysTiek。其中，TIM1和TIM8是高級(jí)定時(shí)器，時(shí)鐘由APB2的輸出產(chǎn)生。TIM2～TIM5是普通定時(shí)器，TIM6和TIM7是基本定時(shí)器，這6個(gè)定時(shí)器的時(shí)鐘由APB1的輸出產(chǎn)生。
2．1 定時(shí)時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算
定時(shí)器的一個(gè)主要功能就是到指定時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出事件，這個(gè)時(shí)間的設(shè)置與定時(shí)器時(shí)鐘有關(guān)，在定時(shí)器時(shí)鐘基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)分頻，設(shè)置計(jì)數(shù)溢出大小即可。
2．1．1 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置
要保證定時(shí)的準(zhǔn)確性，必須先確保系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)置是我們所預(yù)期的。定時(shí)器時(shí)鐘分配可查看數(shù)據(jù)手冊(cè)。通過編程使SYSCLK為72 MHz，APB1預(yù)分頻后得到PCLK1為36 MHz，再經(jīng)TIM2～TIM7倍頻器得到TIM2～TIM7時(shí)鐘72 MHz。時(shí)鐘源多采用HSE(外部時(shí)鐘源)，對(duì)于STM32F103，其外部時(shí)鐘為8 MHz，而STM32F107外部時(shí)鐘為25 MHz，因此，在使用HSE做時(shí)鐘源時(shí)，這兩種器件產(chǎn)生SYSCLK的分頻和倍頻方式不同，需要使用者引起注意。

2．1．2 定時(shí)器相關(guān)參數(shù)設(shè)置
定時(shí)器的參數(shù)由結(jié)構(gòu)體TimeBaselnitTypeDef定義，主要包括預(yù)分頻系數(shù)、時(shí)鐘分割、計(jì)數(shù)器模式、計(jì)數(shù)溢出大小等。例如，要由TIM3(定時(shí)器3)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為1 s的定時(shí)，首先，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)置，得到TIM3CLK=72MHz，然后進(jìn)行定時(shí)器設(shè)置。其中，預(yù)分頻系數(shù)為35 999，此時(shí)，TIM3時(shí)鐘為72 MHz／36 000=2 kHz，無時(shí)鐘分割。設(shè)置計(jì)數(shù)溢出大小為1 999，即每計(jì)2 000個(gè)數(shù)就產(chǎn)生一個(gè)更新事件，輸出頻率為2 kHz／2 000=1 Hz。

2．2 STM32的PWM輸出
脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，就是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)脈沖寬度的控制，一般用來控制步進(jìn)電機(jī)等。STM32的定時(shí)器除了TIM6和TIM7之外，其他的定時(shí)器都可以用來產(chǎn)生PWM輸出，其中，高級(jí)定時(shí)器TIM1和TIM8能夠產(chǎn)生3對(duì)PWM互補(bǔ)輸出，而TIM2～TIM5也能同時(shí)產(chǎn)生4路的PWM輸出。
2．2．1 PWM輸出引腳
STM32給不同的定時(shí)器分配了不同的輸出引腳，考慮到引腳復(fù)用功能，STM32還提出了一個(gè)“重映像”的概念，就是通過設(shè)置某一些相關(guān)的寄存器，使得在其他非原始指定的引腳上也能輸出PWM波形，但是這種重映像不是隨意的，使用方法可參照參考文獻(xiàn)。例如，TIM3的通道2，在沒有重映像的時(shí)候，指定的引腳是PA7。如果設(shè)置部分重映像之后，輸出就被映像到PB5上了；如果設(shè)置完全重映像的話，輸出就被映像到PC7上。
2．2．2 占空比的計(jì)算
占空比(Duty Ratio)有如下含義：在一串理想的脈沖周期序列(如方波)中，正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。

當(dāng)TIM_Period為1 999時(shí)，若想得到占空比50％，則TIM_Pulse應(yīng)設(shè)置為(1999+1)／2=1000。

3．2 程序設(shè)計(jì)

改變PWM的音調(diào)，可以輸出Do re mi fa so la si do這樣的7個(gè)音符，還可以輸出不同音調(diào)的Do re mi fa so la si do。

在實(shí)例程序里面，我定義了低中高三個(gè)音階。音符的頻率則是mbed提供的。已經(jīng)宏定義好了。

只要改變PWM的輸出周期，即可發(fā)出不同的音調(diào)（頻率是周期的倒數(shù)）。

為了方便起見，寫了一個(gè)音階類（Pitch），虛基類。里面有一個(gè)perform函數(shù)，參數(shù)是音符和持續(xù)時(shí)間。例如要發(fā)出Do這個(gè)聲音，持續(xù)0.5s，只要perform(1,0.5)就好。

還有一個(gè)Stop函數(shù)，停止響聲0.5s則stop（0.5），無參數(shù)則直接停止。后面的Low、Mid、High類則是派生類，實(shí)現(xiàn)了Pitch的虛函數(shù)。

程序里面包括：

1、發(fā)出低中高三個(gè)聲調(diào)的Do re mi fa so la si do音。

2、中音版的小星星。

3、低音版的小星星。

#include "mbed.h"

#define NOTE_B031
#define NOTE_C133
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D137
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E141
#define NOTE_F144
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G149
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A155
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B162
#define NOTE_C265
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D273
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E282
#define NOTE_F287
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G298
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2123
#define NOTE_C3131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3165
#define NOTE_F3175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3247
#define NOTE_C4262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4330
#define NOTE_F4349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4494
#define NOTE_C5523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5659
#define NOTE_F5698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5988
#define NOTE_C61047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D61175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E61319
#define NOTE_F61397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G61568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A61760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B61976
#define NOTE_C72093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D72349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E72637
#define NOTE_F72794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G73136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A73520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B73951
#define NOTE_C84186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D84699
#define NOTE_DS8 4978

//7個(gè)音符組成了美妙的音樂
//低Do re mi fa so la si do
int melody[] = {NOTE_C4, NOTE_D4,NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4,NOTE_A4,NOTE_B4,NOTE_C5};
//中Do re mi fa so la si do
int melody2[] = {NOTE_C5, NOTE_D5,NOTE_E5, NOTE_F5, NOTE_G5,NOTE_A5,NOTE_B5,NOTE_C6};
//高
int melody3[] = {NOTE_C6, NOTE_D6,NOTE_E6, NOTE_F6, NOTE_G6,NOTE_A6,NOTE_B6,NOTE_C7};

//PWM輸出口
PwmOut m(PB_13);

//音調(diào)類
class Pitch{
public:
virtual void perfrom(int,double)=0;
void stop(double time = 0){
if(time==0)
m = 1;
else{
m = 1;
wait(time);
}//end else
}//end stop
};

class Low:public Pitch{
public:
void perfrom(int index,double time){
m.period_us(1000000/melody[index-1]);
m.write(0.5);
wait(time);
}
};