有源蜂鳴器與無(wú)源蜂鳴器的區(qū)別

這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。

內(nèi)部自帶震蕩源的為有源蜂鳴器，給電就能響，但是響的頻率是固定的，即響的聲音是固定的。

內(nèi)部沒(méi)有震蕩源的為無(wú)源蜂鳴器，給直流電不能響，需要提供一定頻率的脈沖信號(hào)才能夠有響聲，而且聲音隨著頻率的變化而變化。

所以我們要想實(shí)現(xiàn)蜂鳴器演奏音樂(lè)的話，只能選用無(wú)源蜂鳴器。

單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲原理

單片機(jī)上面使用的蜂鳴器一般都是無(wú)源電磁式的蜂鳴器。它由外殼、振動(dòng)膜片、磁鐵、電磁線圈、及振蕩器等組成。

接通電源后，電流通過(guò)電磁線圈，致使電磁線圈工作產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在磁鐵以及電磁線圈的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)出一定頻率的聲音。

單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)電流放大的電路，具體實(shí)現(xiàn)如下圖所示。

有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路是一樣的，都是如上圖所示。

有源蜂鳴器，只需要改變Buzzer（PB9）引腳的高低電平即可控制蜂鳴器。

當(dāng)Buzzer引腳為低電平的時(shí)候，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響；

當(dāng)Buzzer引腳為高電平的時(shí)候，三極管截止，蜂鳴器不響。

注意此處使用的蜂鳴器為3.3V的蜂鳴器。

無(wú)源蜂鳴器，Buzzer引腳要提供一個(gè)脈沖信號(hào)才能響。下面封裝了一個(gè)輸入?yún)?shù)為頻率的無(wú)源蜂鳴器驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

頻率的倒數(shù)即是時(shí)間，此處計(jì)算的是T/2的時(shí)間，由于1秒鐘是1000000us，所以一半即500000，所以下面的延時(shí)時(shí)間為：

time = 500000/((u32)frq);

具體實(shí)現(xiàn)如下所示：

void Sound(u16 frq){ u32 time; if(frq != 1000) { time = 500000/((u32)frq); BEEP = 0; delay_us(time); BEEP = 1; delay_us(time); }else delay_us(1000);}

當(dāng)單片機(jī)用于演奏歌曲時(shí)，只需搞清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音符（音調(diào)）”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個(gè)音符該唱的頻率，節(jié)拍表示一個(gè)音符該唱多長(zhǎng)的時(shí)間。

有了上面函數(shù)，我們即可以驅(qū)動(dòng)無(wú)源蜂鳴器按照一定的頻率發(fā)聲了，那么我們?nèi)绾沃滥硞€(gè)音的頻率呢？

音符

我們查閱網(wǎng)上資料，可以得到如下音符和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

由于鋼琴的中央C基頻約為261.63Hz，唱“DO”。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，相鄰的半個(gè)音（即鋼琴相鄰鍵）的基頻相差2^(1/12)倍。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們能得到 #1 DO# 的頻率為277。

以此類推，我們能夠求出表格中每個(gè)音對(duì)應(yīng)的頻率，大家可以驗(yàn)證一下上面表格中的數(shù)據(jù)是否有這樣的規(guī)律。

鋼琴一個(gè)八度的12個(gè)琴鍵可以表示為如下形式：

DO DO# RE RE# MI FA FA# SO SO# LA LA# SI

其中“#”表示比該音符高半個(gè)音的黑鍵。

按照上面的關(guān)系，我們可以得出：升一個(gè)八度其頻率將翻番。

比如上面表格中的低1 DO和中1 DO的頻率就是翻番的。

所以我們想發(fā)出低1 DO的音的話，可以調(diào)用如下函數(shù)：

Sound(262);

節(jié)拍

有了音符，也就是知道了這個(gè)音怎么發(fā)音，那么要想寫(xiě)出一個(gè)樂(lè)譜，還要知道，這個(gè)音發(fā)多長(zhǎng)時(shí)間，這就引出了節(jié)拍的概念。

在一張樂(lè)譜中，我們經(jīng)常會(huì)看到這樣的表達(dá)式，如1=C（4/4）、1=G（3/4）... ...等等，這里1=C（4/4）、1=G（3/4）表示樂(lè)譜的曲調(diào)。

比如：3/4就是樂(lè)譜中，以四分音符為節(jié)拍，每一小節(jié)有三拍。

每一拍的時(shí)長(zhǎng)是多少秒沒(méi)有規(guī)定，一般在樂(lè)譜的前面會(huì)寫(xiě)到類似于：

表示該曲子每分鐘要彈奏出96個(gè)四分音符。

我們一般以四分音符為一拍，一般說(shuō)來(lái)，如果樂(lè)曲沒(méi)有特殊說(shuō)明，一拍的時(shí)長(zhǎng)大約為400-500ms。

上圖中，其中 1、2為一拍，3、4、5為一拍，6為一拍共三拍。

1、2的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為8分音符長(zhǎng)；

3、4的時(shí)長(zhǎng)為八分音符的一半，即為十六分音符長(zhǎng)；

5的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)；

6的時(shí)長(zhǎng)為四分音符長(zhǎng)。

由上面的關(guān)系，我們就可以隨便找到一個(gè)簡(jiǎn)譜，如果1拍為0.4秒，那么1/4拍是0.1秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。然后按照上面的關(guān)系寫(xiě)出程序中的樂(lè)譜。

精準(zhǔn)延時(shí)的實(shí)現(xiàn)，可以參考今天的另外一篇網(wǎng)文《STM32中精確延時(shí)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)》，在我公眾號(hào)中也可以找到。

比如在我老婆的協(xié)助之下，寫(xiě)出了《你笑起來(lái)真好看》的樂(lè)譜如下：

整個(gè)樂(lè)譜轉(zhuǎn)譯加調(diào)整，一共耗時(shí)一個(gè)半小時(shí)，看在如此辛苦的份上，大家賞個(gè)三連吧。

u8 music[]={ 5,10,10,5,5,9,9,16,8,8,8,9,10,5,5,16, //想去遠(yuǎn)方的山川，想去海邊看海鷗 6,8,8,6,5,10,10,16,9,8,8,6,9,16, //不管風(fēng)雨有多少，有你就足夠 5,10,10,5,5,9,9,16,8,8,8,6,5,10,10,16, //喜歡看你的嘴角，喜歡看你的眉梢 6,11,11,6,5,10,10,16,9,8,8,6,8,16, //白云掛在那藍(lán)天，像你的微笑 5,12,5,5,12,5,9,16,8,6,8,8,8,10,12,16, //你笑起來(lái)真好看，像春天的花一樣！ 8,6,8,8,8,13,12,10,9,8,6,8,8,10,9,16, //把所有的煩惱，所有的憂愁，統(tǒng)統(tǒng)都吹散 5,12,5,5,12,5,9,16,8,6,8,8,13,12,16, //你笑起來(lái)真好看，像夏天的陽(yáng)光 8,8,8,13,12,10,9,8,6,8,8,9,8,16, //整個(gè)世界全部的時(shí)光，美得像畫(huà)卷。 };

上面數(shù)組的數(shù)字是MusicalNote數(shù)組的索引，進(jìn)而可以求得該音符的頻率：

// 低7 1 2 3 4 5 6 7 中1 中2 中3 中4 中5 中6 中7 高1 不發(fā)音 uc16 MusicalNote[] = {247,262,294,330,349,392,440,494,523,587,659,698,784,880,988,1046,1000};

u8 time[] = { 4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4, //想去遠(yuǎn)方的山川，想去海邊看海鷗 4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4, //不管風(fēng)雨有多少，有你就足夠 4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4, //喜歡看你的嘴角，喜歡看你的眉梢 4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4, //白云掛在那藍(lán)天，像你的微笑 4,4,2,2,4,4,4,4,4,4,2,2,4,4,8,4, //你笑起來(lái)真好看，像春天的花一樣！ 4,4,2,2,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4, //把所有的煩惱，所有的憂愁，統(tǒng)統(tǒng)都吹散 4,4,2,2,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4, //你笑起來(lái)真好看，像夏天的陽(yáng)光 4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,8,4, //整個(gè)世界全部的時(shí)光，美得像畫(huà)卷。 };

數(shù)組time中的數(shù)字代表music數(shù)組中每個(gè)音的節(jié)拍（響的時(shí)間），其中4代表一個(gè)四分音符，即一拍，本程序中為400ms，8代表一個(gè)二分音符，代表兩拍，即800ms；2代表一個(gè)八分音符，1/2拍，即耗時(shí)200ms。

這次的應(yīng)用明顯有一個(gè)問(wèn)題，就是整個(gè)播放音樂(lè)的過(guò)程中是一個(gè)死循環(huán)，效率很低，播放過(guò)程中很難打斷。

由于今天重點(diǎn)介紹的是蜂鳴器的應(yīng)用，所以先這樣，下次咱們?cè)贀Q一種實(shí)現(xiàn)方式。