對蜂鳴器播放音樂涉及到的知識點進(jìn)行重點說明

通過開發(fā)板的蜂鳴器播放歌曲在實際產(chǎn)品設(shè)計中可能用處不大，但是在一些開發(fā)板中非常常見，其實看似簡單的功能涉及到的知識點還比較多。

本文對蜂鳴器播放音樂涉及到的知識點進(jìn)行重點說明。

一：硬件電路

如上圖所示，是非常常用的三極管驅(qū)動蜂鳴器的電路：

當(dāng)P12輸出低電平時，三極管Q1不導(dǎo)通，此時無電流流過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲。當(dāng)P12輸出高電平時，Q1導(dǎo)通，此時有電流流過蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)聲。

R26是限流電阻，保證流過蜂鳴器的電流不會超過允許值。

關(guān)于三極管驅(qū)動電路的原理講解及更多的優(yōu)化設(shè)計，可在本公眾號內(nèi)搜索相關(guān)文章自行學(xué)習(xí)。

注意：想要進(jìn)行音樂播放需要使用無源蜂鳴器；關(guān)于無源蜂鳴器與有源蜂鳴器的區(qū)別，可在本公眾號內(nèi)搜索蜂鳴器相關(guān)的文章進(jìn)行學(xué)習(xí)。

二：有源蜂鳴器與無源蜂鳴器

注意：這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會叫；而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用 2K-5K 的方波去驅(qū)動它。

有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震蕩電路。

無源蜂鳴器的優(yōu)點是：

便宜

聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果

在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個控制口

有源蜂鳴器的優(yōu)點是：

程序控制方便。

三：蜂鳴器發(fā)聲原理

單片機(jī)驅(qū)動無源蜂鳴器的方式有兩種：一種是 PWM 輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用 I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。

PWM 輸出口直接驅(qū)動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置 PWM 口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開 PWM 輸出， PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。

比如頻率為 2000Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為 500μs，這樣只需要把 PWM 的周期設(shè)置為 500μs，占空比電平設(shè)置為 250μs，就能產(chǎn)生一個頻率為 2000Hz 的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅(qū)動這個蜂鳴器了。

而利用 I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比較麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。

比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為 400μs，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為 2500Hz，占空比為/2 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。

其實兩種驅(qū)動方式本質(zhì)上都是給蜂鳴器一定頻率的信號，蜂鳴器的發(fā)聲頻率等于驅(qū)動方波的頻率。

下面貼出來蜂鳴器發(fā)聲的相關(guān)函數(shù)。

//Buzzer初始化
void buzzerInit(void)
{
    TR0 = 0;
    TF0 = 0;
    TMOD |= 0x01;                                       //  設(shè)置新模式：16位定時模式
    BUZZ = 1;
    ET0 = 1;
    EA = 1;
}


//  Buzzer發(fā)出指定頻率的聲音
//  uiFreq是發(fā)聲頻率，單位：Hz
void buzzerSound(unsigned int uiFreq)
{
    //  限定頻率范圍在20～20000Hz之間
    if (uiFreq < 20) {
        buzzerQuiet();
        return;
    }
    if (uiFreq > 20000) uiFreq = 20000;


    //  計算Timer0裝載值
    TL0_Load = LOW_BYTE(65536UL - CPUCLK / (uiFreq * 2));
    TH0_Load = HIGH_BYTE(65536UL - CPUCLK / (uiFreq * 2));


    //  啟動Timer
    TL0 = 0xF0;
    TH0 = 0xFF;
    TR0 = 1;
}


//  蜂鳴器停止發(fā)聲
void buzzerQuiet(void)
{
    TR0 = 0;
    TF0 = 0;
    BUZZ = 1;
}

四：蜂鳴器演奏樂曲

上圖是《化蝶》的樂譜。

簡譜是大眾化的音樂記譜方式，比較容易理解和掌握。我們可以把一首樂譜（score）看成是由若干個基本的音符（note）單元組成。

一個音符由音名和時值組成。音名就是低音、中音、高音的 1234567（唱作 do re mi fa sol la si），其本質(zhì)是音符的發(fā)聲頻率。

可以在程序中用L1～L7、M1～M7、H1～H7 定義低音、中音、高音所對應(yīng)的發(fā)聲頻率。

時值是音符的發(fā)聲時間長短，有全音符、二分音符、四分音符……等等。

音符可以后綴一個“符點”，表示時值增加 1/2，特殊地，二分音符加符點時用“－”代替圓點。參見下表的描述。

在程序中定義一個音符結(jié)構(gòu)體tNote，有兩個數(shù)據(jù)成員：音名mName和時值mTime。

再使用該結(jié)構(gòu)體定義一個tNote型常量數(shù)表MyScore[ ]，用來保存實際樂譜轉(zhuǎn)換成tNote格式的數(shù)據(jù)。

有了上述一點點樂譜基礎(chǔ)知識，我們就可以很方便地編輯這個數(shù)表了。比如音符“3-”轉(zhuǎn)換為“{L3, T/2}”，音符“3．”轉(zhuǎn)換為“{M3, T/4+T/8}”，等等。感興趣的同學(xué)可以自行補(bǔ)充上面簡譜中的內(nèi)容。

審核編輯：劉清