有源蜂鸣器无源蜂鸣器(定时器实现PWM播放音乐)

四汐发表于 2025-5-3 00:32:04

有源蜂鸣器：由于本身存在信号源，因此通电就响。
无源蜂鸣器：由于本身无信号源，因此给不同频率的方波信号，可发出不同音调的声音。
<img src="data/attachment/forum/202505/03/000719qfcvfwaabqbqjff6.png" alt="image.png" title="image.png" />
<h2>有源蜂鸣器</h2>
有源蜂鸣器的驱动十分简单，只要通电就能响，但是只能以固定的音调发声。
案例以1ms为时基，设置蜂鸣器发声的时间即可。
<img src="data/attachment/forum/202505/03/000728ymu1ma4ro5uapmwi.png" alt="image.png" title="image.png" />
演示视频：
<video controls="controls" src="forum.php?mod=attachment&aid=96999"></video>
<h2>无源蜂鸣器</h2>
由于有源蜂鸣器只能以特定的频率发声，只含有一种声调，因此想要使用蜂鸣器播放音乐，只能使用无源蜂鸣器，通过给定不同频率的方波信号，控制蜂鸣器发出不同的声调，再结合乐谱，即可播放音乐。
推荐使用带PWM功能的进行控制，【火烛】使用普通引脚进行控制，因此使用定时器配合生成PWM方波信号。
<h3>音度--音调与频率之间的关系（不含黑键）</h3>
通过查阅一些资料，可以得到以下对照表
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001035yd2cn3f5m0053230.png" alt="image.png" title="image.png" />
<h3>如何实现任意频率的方波信号输出</h3>
<pre><code class="language-c">// 先使用定时器11 设置一个10us的时基
Timer11_Init(0, TIM_CLOCK_1T, 10, TIM_us); // 10us定时

// 再编写一个方波处理函数，通过设置beep_Passive_Frequency(频率Hz)，自动输出对应频率的方波信号
// 可能不太精准，但也能用
/**
* @name BEEP_Passive_Deal
* @brief 无源蜂鸣器处理函数本例程使用10us
* @version 版本：v1.0
* @date 日期：2025-05-01
* @author 作者：四汐
* @note 注释：f=1(s)/T=1000(ms)/T --> T=1000(ms)/f
* 20Hz = 1000(ms)/T --> T=50
* 40Hz :T=25
* 定时器1ms 最大频率为1kHz, 定时器10us 最大 100kHz, 定时器100us 最大 10kHz, 定时器1us 最大 1MHz, 1000000 us = 1s
*/
void BEEP_Passive_Deal(void)
{
// 10us 100kHz 1,000,000us = 1s 100,000 T = 1s
static float T_cycle = 0;
T_cycle += 1.0;

if (beep_Passive_Frequency == 0)
{
T_cycle = 0.0;
BEEP_OFF();
}
else if (T_cycle >= ( Toggle_time/beep_Passive_Frequency) )
{
T_cycle = 0.0;
BEEP_Toggle();
}
}
</code></pre>
<h3>了解简谱</h3>
这里以《两只老虎》为例 (本人对乐理并不精通，仅粗略了解一些)
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001115d2ifmfgbcmm4jgee.png" alt="image.png" title="image.png" />
可以看到左上角有一个 2/4，这个代表每个节拍（“|“区分节拍）进行了2分节，
比如一首60BPM（1分钟有60个节拍，即一节拍占时1秒）的曲子，一个节拍内应含有2个音符，每个音符为0.5秒，比如曲中“眼睛”对应的音符
而带有一个下划线的音符，会再进行一次2分，即4分音符，每个音符占0.25秒。
例如：两只老虎 12 31，对应0.25-0.25 0.25-0.25，即1秒
例如：跑得快 34 5，对应0.25-0.25 0.5，即1秒
了解完每个音符对应的时间（时值），再了解一下数字代表的音调是什么
0-7分别代表着：休止，do，re，mi，fa，so，la，si。
除了音调，还有音度，一般的中央C为4度，那么3度就是低音，2度就是倍低音，4度就是高音，5度就是倍高音。而数字下面带一个点，就说明该音调为低音音调。
<h2>如何播放音乐</h2>
了解完这些，对简单的曲谱，可以创建一个乐谱数组
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001124l9jqnccno3nqx3cb.png" alt="image.png" title="image.png" />
在固定的周期内输出对应的音调，也能勉强听得出来曲调
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001132qkn4ren8dlnauak7.png" alt="image.png" title="image.png" />
那么，对于复杂一点的乐谱，这个函数貌似就无法满足了。
不仅需要处理音调、音度，还需要处理每一个音调的时值，才能使音乐更有韵律
对此，我简单写了一段曲谱，并编写了对应的处理函数
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001143sc7nyrz9n5esq77s.png" alt="image.png" title="image.png" />
<img src="data/attachment/forum/202505/03/001154vrlj3ocyc8okls8o.png" alt="image.png" title="image.png" />
大家可以猜猜看是什么曲子，难度可能有点大（全损音质哈哈哈），但还是能够听得出来的嘿嘿。
演示视频：
<video controls="controls" src="forum.php?mod=attachment&aid=97006"></video>

国芯人工智能 发表于 2025-5-3 00:33:00

以下为针对蜂鸣器技术原理及音乐播放实现的专业分析：

一、蜂鸣器类型特性与驱动原理

1. 有源蜂鸣器
工作原理
有源蜂鸣器内置振荡电路，仅需直流电压驱动即可发声。其固定频率由内部振荡器决定，通常在2kHz~5kHz范围内，无法通过外部信号调整音调。

驱动方法
直接连接至GPIO引脚，通过电平控制启停：
c
// 初始化GPIO为推挽输出模式
BEEPActiveGPIOInit();
// 启动蜂鸣（持续发声）
BEEPActiveON();
// 关闭蜂鸣
BEEPActiveOFF();
应用场景
适用于报警提示、状态指示等单一音调场景，开发复杂度低。

2. 无源蜂鸣器
工作原理
无源蜂鸣器等效为电磁线圈结构，需外部输入方波信号驱动。其发声频率完全由输入信号决定，通过改变方波频率可实现多音调控制。

音乐播放实现
需结合乐谱频率映射与定时器PWM输出，核心步骤如下：

二、无源蜂鸣器的音乐驱动实现

1. 音调-频率映射
标准音调频率对照表（以C大调为例）：

| 音符 | C4 | D4 | E4 | F4 | G4 | A4 | B4 | C5 |
|------|----|----|----|----|----|----|----|----|
| 频率(Hz) | 262 | 294 | 330 | 349 | 392 | 440 | 494 | 523 |

2. 定时器配置
使用高精度定时器生成基础时基，通过中断动态调整输出频率：
c
// 定时器初始化（10μs时基）
void TimerInit(void) {
TimerSetPrescaler(TIMx, 0);       // 1T模式
TimerSetAutoReload(TIMx, 10);    // 10μs周期
TimerEnableInterrupt(TIMx);       // 开启中断
TimerStart(TIMx);
}

// 中断服务函数
void TIMxIRQHandler(void) {
static uint16t count = 0;
if(count++ >= halfperiod) {       // halfperiod = 1/(2f10e-6)
   BEEPToggle();                // 翻转电平
   count = 0;
}
TimerClearFlag(TIMx);
}

3. 频率动态控制
通过预设频率值计算半周期参数：
c
void BEEPSetFrequency(uint16t freq) {
if(freq == 0) {
   BEEPOFF();                   // 静音处理
} else {
   halfperiod = 500000 / freq;    // 10μs时基下的半周期计算
}
}

4. 乐谱驱动实现
将乐谱编码为频率-时长序列：
```c
// 示例：《小星星》片段
const uint16t melodyfreq[] = {262, 262, 392, 392, 440, 440, 392};
const uint8t melodyduration[] = {4, 4, 4, 4, 4, 4, 8}; // 单位：节拍

void PlayMusic(void) {
for(int i=0; i

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

patch1582 发表于 2025-5-3 08:52:40

用蜂鸣器奏乐

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有源蜂鸣器 无源蜂鸣器(定时器实现PWM播放音乐)

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