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2018年07月24日 | 使用STM32控制无源蜂鸣器发声播放音乐
2018-07-24 来源：eefocus
一、无源蜂鸣器和有源蜂鸣器
有源蜂鸣器内含振荡源，只要一通电就发声，但发生频率固定，音色单一；无源蜂鸣器内部不含振荡源，内部结构相当于电磁场扬声器，可以通过给他输出一定频率的信号才能发声。
人耳能听到的频率范围在20Hz--20kHz之间，通过STM32的GPIO引脚快速切换高低电平输出就能实现无源蜂鸣器的发声，切换的频率不同，发出的音调就不一样。
二、音乐播放的实现
一段音乐就是不同频率的声音按一定的时间节拍转换发出。所以音乐包含音调和节拍信息。
C调各音符频率如下：
音符 | 频率 Hz | 音符 | 频率 Hz |
低1 Do | 262 | 中1 Do | 523 |
低2 Re | 294 | 中2 Re | 587 |
低3 Mi | 330 | 中3 Mi | 659 |
低4 Fa | 349 | 中4 Fa | 698 |
低5 So | 392 | 中5 So | 784 |
低6 La | 440 | 中6 La | 880 |
低7 Si | 523 | 中7 Si | 988 |
如果要实现歌曲“红尘情歌”，要准备相应的数据。
歌谱如下：
程序中首先准备音频数据表：
// 低Si Do Re Mi Fa So La Si ¸高Do¸高Re¸高Mi¸高Fa¸高So 无
uc16 tone[] ={247,262,294,330,349,392,440,294,523, 587, 659, 698, 784, 1000};
u8 music[]={ 5,5,6,8,7,6,5,6,13,13,……};//音调
u8 time[] = { 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, ……}; //节拍时间
依次从音调数组中取music[i]，然后根据music[i]的值在tone数组中得到该音的发声频率(tone[music[i]])，调用sound函数控制蜂鸣器发声，声音的发声时间有time数组控制。
三、项目创建与配置
1、创建项目文件夹(设为pMusic)
2、通过Keil5创建新项目，保存在所创建的文件夹中(设项目名为pMusic)，选择MCU芯片为"STM32F103ZE"（本程序使用的硬件为：STM32-PZ6806L开发板）
3、在pMusic项目文件夹中新建"CMSIS"、"Device"、"Public"、"Startup"、"User"和"Lib"文件夹。
① 在"CMSIS"文件夹中复制"core_cm3.h"和"core_cm3.c"文件；
② 在" Device "文件夹中复制"stm32f10x.h"、"system_stm32f10x.h"和"system_stm32f10x.c"文件；
③ 在" Startup "文件夹中复制"startup_stm32f10x_hd.s"文件；
④在"Lib"文件夹中新建"inc"和"src"两个子文件夹，在"inc"文件夹中复制"misc.h"、"stm32f10x_gpio.h"和"stm32f10x_rcc.h"文件；在"src"文件夹中复制"misc.c"、"stm32f10x_gpio.c"和"stm32f10x_rcc.c"文件；
4、为项目添加"CMSIS"、"Device"、"Public"、"Startup"、"User"和"Lib"组，并将上述C程序文件和"startup_stm32f10x_hd.s"启动文件加入到相应组中。展开项目树如下：
5、打开“项目配置”对话框，在"Output"选项卡中选择"Create HEX File"，在"C/C++"选项卡中的"Include Paths"中添加如下包含路径：".\CMSIS;", ".\Device;", ".\Lib\inc;",".\Public;"。
（以上步骤可以参看：使用STM32固件库操作控制LED灯(CMSIS) 使用STM32固件库函数操作控制LED灯
6、在"stm32f10x.h"中添加函数参数检查宏
（参看：使用STM32固件库函数操作控制LED灯）
#ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief 这个assert_param宏用于函数参数检查 * @param expr:如果expr是 false,就调用 assert_failed函数报告源文件名和 * 失败的行号，如果expr是 true ，就返回一个空值 * @retval None */ #define assert_param(expr) ((expr) ? (void)0 : assert_failed((uint8_t *)__FILE__, __LINE__)) /* Exported functions ------------------------------------------------------- */ void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line); #else #define assert_param(expr) ((void)0) #endif /* USE_FULL_ASSERT */ |
7、新建一个文件(system.h)，保存到"Public"文件夹中，内容为：
#ifndef __SYSTEM__H #define __SYSTEM__H #include "stm32f10x.h" //定义位带地址宏 #define BITBAND(addr,bitnum) ((addr&0xF0000000) + 0x02000000 + ((addr&0x000FFFFF)<<5) + (bitnum<<2)) #define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr)) #define BIT_ADDR(addr,bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum)) //IO口地址映射 //数据输出寄存器地址 #define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE + 12) #define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE + 12) #define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE + 12) #define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE + 12) #define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE + 12) #define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE + 12) #define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE + 12) //数据输入寄存器地址 #define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE + 12) #define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE + 12) #define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE + 12) #define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE + 12) #define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE + 12) #define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE + 12) #define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE + 12) #endif |
该文件定义了GPIO端口位带操作的宏。
(位带操作请参看：通过位带地址操作GPIO在数码管显示数字)
8、新建文件"SysTick.h"，保存到"Public"文件夹中，内容为：
#ifndef __SysTick__H #define __SysTick__H #include "stm32f10x.h" void SysTick_Init(u8 SYSCLK); void delay_us(u32 nus); void delay_ms(u16 nms); #endif |
新建文件"SysTick.c"，保存到"Public"文件夹中，内容为：
#include "SysTick.h" #include "misc.h" u8 fac_us = 0; u16 fac_ms = 0; void SysTick_Init(u8 SYSCLK) { SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); fac_us = SYSCLK / 8; fac_ms = (u16)fac_us*1000; }
void delay_us(u32 nus) { u32 temp; SysTick->LOAD = nus * fac_us; SysTick->VAL = 0; SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; do{ temp = SysTick->CTRL; }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16)))); SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; SysTick->VAL = 0; } void delay_ms(u16 nms) { u32 temp; SysTick->LOAD = nms * fac_ms; SysTick->VAL = 0; SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; do{ temp = SysTick->CTRL; }while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16)))); SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; SysTick->VAL = 0; } |
这两个文件实现了通过SysTick精准延时的函数，提供给后续的音频频率产生程序使用。
(关于SysTick，请参看：在STM32项目中使用SysTick实现延时)
将"SysTick.c"文件添加到项目的"Public"组中。
9、实现发声
①开发板无源蜂鸣器的电路连接如下：
从电路连接可以看出通过MCU的PB5(GPIOB_5)控制蜂鸣器的发声。
②在项目文件夹的"User"文件夹下新建"Beep"文件夹，在项目中新建"beep.h"文件，保存在"User/Beep"文件夹中，文件内容为：
#ifndef __BEEP__H #define __BEEP__H #include "system.h" #include "stm32f10x_gpio.h" #include "stm32f10x_rcc.h" //定义GPIOB的位地址变量宏 #define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) #define PBeep PBout(5) #define BEEP_PORT GPIOB #define BEEP_PIN GPIO_Pin_5 #define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB void BEEP_Init(void); void Sound(u16 frq); void play(void); #endif |
③在项目中新建"beep.c"文件，保存在"User/Beep"文件夹中，文件内容为：
#include "beep.h" #include "systick.h" void BEEP_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_mode; RCC_APB2PeriphClockCmd( BEEP_PORT_RCC, ENABLE ); //使能GPIOB时钟 GPIO_mode.GPIO_Pin = BEEP_PIN; GPIO_mode.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_mode.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init(BEEP_PORT, &GPIO_mode); //设置GPIOB_5为推挽输出，50MHz速度 }
void Sound(u16 frq) { u32 n; if(frq != 1000) //如果频率不为1000则按频率输出，否则只延时 { n = 500000/((u32)frq); PBeep = 0; delay_us(n); PBeep = 1; delay_us(n); }else delay_us(1000); }
void play(void) { // 低7 1 2 3 4 5 6 7 高1 高2 高3 高4 高5 不发音 uc16 tone[] = {247,262,294,330,349,392,440,294,523,587,659,698,784,1000};//音频数据表 //红尘情歌 u8 music[]={ 5,5,6,8,7,6,5,6,13,13,//音调 5,5,6,8,7,6,5,3,13,13, 2,2,3,5,3,5,6,3,2,1, 6,6,5,6,5,3,6,5,13,13,
5,5,6,8,7,6,5,6,13,13, 5,5,6,8,7,6,5,3,13,13, 2,2,3,5,3,5,6,3,2,1, 6,6,5,6,5,3,6,1,
13,8,9,10,10,9,8,10,9,8,6, 13,6,8,9,9,8,6,9,8,6,5, 13,2,3,5,5,3,5,5,6,8,7,6, 6,10,9,9,8,6,5,6,8 }; u8 time[] = { 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, //时间 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, 2,4,2,4,2,2,4,2,2,8, 2,4,2,2,2,2,2,8,4 ,4,
2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, 2,4,2,2,2,2,2,8,4, 4, 2,4,2,4,2,2,4,2,2,8, 2,4,2,2,2,2,2,8,
4, 2,2,2, 4, 2,2,2, 2,2,8, 4, 2,2,2,4,2,2,2,2,2,8, 4, 2,2,2,4,2,2,5,2,6,2,4, 2,2 ,2,4,2,4,2,2,12 }; u32 yanshi; u16 i,e; yanshi = 10; for(i=0;i for(e=0;e<((u16)time[i])*tone[music[i]]/yanshi;e++){ Sound((u32)tone[music[i]]); } } } |
程序中定义了端口使能和方式配置函数BEEP_Init，输出音频函数Sound和播放音乐函数play。
④ 将"beep.c"文件加入到项目的"User"组中；在"C/C++"选项卡中的"Include Paths"中添加包含路径："\User\Beep;"。
10、在项目中新建"main.c"文件，保存在"User "文件夹中，文件内容为：
#include "beep.h" #include "SysTick.h" int main() { SysTick_Init(72); BEEP_Init(); while(1) { play(); } } |
"main.c"文件中包含main函数反复调用play函数播放歌曲。
11、编译、连接、下载程序。
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