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【PWM】无源蜂鸣器

下载例程代码： 下载代码 如何使用例程【点击查看教程】

PWM 简介​

PWM 波形​

PWM波形是一种方波信号，是高/低电平不断切换的结果，其波形如图所示，这是3种占空比不同的波形：

PWM波形

PWM的几个关键参数为：

  • 频率（Frequency）：即高低电平切换的速度，切换的速度越快则频率越高，1000Hz的PWM波意味着1秒钟有1000个脉冲
  • 占空比（Duty Cycle）：即每个周期内，高电平所占的宽度
    • 例如图中 50% duty cycle，即高/低电平的时间各占50%；
    • 图中的75% duty cycle，高电平占75%，低电平占25%；
    • 图中的25% duty cycle，高电平占25%，低电平占75%；

PWM 播放音调​

通过改变PWM频率，可以输出不同频率的方波信号。用这个信号驱动无源蜂鸣器，便能播放不同频率的声音。

无源蜂鸣器原理​

  • 学习板上的蜂鸣器型号为：QMB-09B-03电磁式无源蜂鸣器。
  • 蜂鸣器内部有一个电磁线圈，能够驱动振动膜片发出声音。通过PWM给蜂鸣器提供不同频率的信号，即可发出不同频率的声音
  • 实际操作中，除了控制PWM频率，还需要控制PWM占空比，以使膜片振动趋近于正弦波，从而发出清脆明亮的声音。在学习板上，使用20%占空比可以有较好的响度和音质
正面照

如何使用例程​

下载程序，即可看到效果

程序效果​

  • 烧录例程后，按下 KEY1、KEY2 会听到 2kHz、3kHz 的音调
  • 可以尝试修改例程代码，产生其他频率的声音

例程讲解​

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置​

  • 开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator
配置时钟源
  • 配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz
时钟配置

  • 分配引脚：在Pinout&Configuration页面，配置如下引脚

    • 将PB9配置为TIM4_CH4，

    • 将PB12、PB13设置为GPIO_Input，并分别设置User Label为KEY1、KEY2

  • 配置GPIO：在Pinout&Configuration -> GPIO，将PB13的GPIO Pull-up/Pull-down配置为Pull-up

  • 配置TIM4：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM4

    • 勾选 Internal Clock，开启 TIM4 的内部时钟源

    • Configuration -> Mode，将 Channel4 配置为 PWM Generation CH4

    • Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1

2、代码​

  • 启动PWM输出

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_4);

  • 在while循环中检测按键并输出相应的频率

    • htim4.Instance->ARR = 500 可以将 TIM4 的 Counter Period 设置为 500

      此时，PWM频率 = 72 MHz ÷ 72 ÷ 500 = 2 kHz

    • __HAL_TIM_SET_COMPARE 可以设置PWM的占空比，将占空比设为 20%，可以确保声音清脆明亮

      注意：占空比必须小于前面配置的Counter Period，例程中配置为100-1，即占空比可调范围是 0 - 99

    while (1)
    {
        // KEY1按下: 输出2kHz声波
        if (!HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin))
        {
            htim4.Instance->ARR = 500; // 2kHz = 72MHz / 72 / 500
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, htim4.Instance->ARR / 5); // 20%占空比
        }
        // KEY2按下: 输出3kHz声波
        else if (!HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin))
        {
            htim4.Instance->ARR = 334; // 3kHz = 72MHz / 72 / 334
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, htim4.Instance->ARR / 5); // 20%占空比
        }
        // 否则: 关闭声波输出
        else
        {
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 0);
        }
        HAL_Delay(100);
    }