《MiniPro STM32H750 开发指南》第十四章 蜂鸣器实验

正点原子

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第十四章 蜂鸣器实验

上一章，我们介绍了STM32H7的IO口作为输出的使用。本章，我们将通过另外一个例子继续讲述STM32H7的IO口作为输出的使用，不同的是本章讲的不是用IO口直接驱动器件，而是通过三极管间接驱动。我们将利用一个IO口来控制板载的有源蜂鸣器。
本章分为如下几个小节：
14.1 蜂鸣器简介
14.2 硬件设计
14.3 程序设计
14.4 下载验证


14.1 蜂鸣器简介
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
MiniPRO STM32H750开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图14.1.1所示：

图14.1.1 有源蜂鸣器

这里的有源不是指电源的 “源”，而是指有没有自带震荡电路，有源蜂鸣器自带了震荡电路，一通电就会发声；无源蜂鸣器则没有自带震荡电路，必须外部提供2~5Khz左右的方波驱动，才能发声。
上一章，我们利用STM32的IO口直接驱动RGB灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32的IO口驱动呢？让我们来分析一下：STM32H7的单个IO最大可以提供25mA电流（来自数据手册），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，两者十分相近，但是全盘考虑，STM32H7整个芯片的电流，最大也就150mA，如果用IO口直接驱动蜂鸣器，其他地方用电就得省着点了，所以我们不用STM32H7的IO直接驱动蜂鸣器，而是通过三极管扩流后再驱动蜂鸣器，这样STM32H7的IO只需要提供不到1mA的电流就足够了。
IO口使用虽然简单，但是和外部电路的匹配设计，还是要十分讲究的，考虑越多，设计就越可靠，可能出现的问题也就越少。
14.2 硬件设计
1. 例程功能
蜂鸣器每隔300ms响或者停一次。LED0每隔300ms亮或者灭一次。LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫。
2. 硬件资源
1）RGB灯
   LEDR : LED0 - PB4（红）
2）蜂鸣器
BEEP(PE4)
3. 原理图
蜂鸣器在硬件上是直接连接好了的，不需要经过任何设置，直接编写代码就可以了。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32H7的PE4上。如图14.2.1所示：

图14.2.1 蜂鸣器与STM32H7连接原理图

图中我们用到一个NPN三极管（S8050）来驱动蜂鸣器，R30主要用于防止蜂鸣器的误发声。驱动信号通过R29和R30间的电压获得，芯片上电时默认电平为低电平，故上电时蜂鸣器不会直接响起。当PE4输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当PE4输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。
14.3 程序设计
本实验我们只是用到GPIO外设输出功能，关于HAL库的GPIO的API函数请看跑马灯实验的介绍。下面我们直接分析本实验的程序流程图。
14.3.1 程序流程图

图14.3.1.1 蜂鸣器实验程序流程图

14.3.2 程序解析
1. 蜂鸣器驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。蜂鸣器（BEEP）驱动源码包括两个文件：beep.c和beep.h。
下面我们先解析beep.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。
由硬件设计小节，我们知道驱动蜂鸣器的三极管在硬件上连接到PE4，我们做了下面的引脚定义。
/*****************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define BEEP_GPIO_PORT                 GPIOE
#define BEEP_GPIO_PIN                  GPIO_PIN_4
/* PE口时钟使能 */
#define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE()       do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)
/*****************************************************************************/
可以看到这样定义跟跑马灯实验的是类似。
为了后续对蜂鸣器进行便捷的操作，我们为蜂鸣器操作函数做了下面的定义。
/* 蜂鸣器控制 */
#define BEEP(x)   do{ x ? \
                         HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
     BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                         HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                     }while(0)

/* 蜂鸣器取反控制 */
#define BEEP_TOGGLE()  do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT,
BEEP_GPIO_PIN); }while(0)  /* BEEP = !BEEP */
BEEP(x)这个宏定义就是控制蜂鸣器的打开和关闭的。例如：如果要打开蜂鸣器，那么调用宏定义BEEP(1)即可，如果要关闭蜂鸣器，调用宏定义BEEP(0)即可。
BEEP_TOGGLE()是控制蜂鸣器进行翻转的。这里也利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。
下面我们再解析beep.c的程序，这里只有一个函数beep_init，这是蜂鸣器的初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief       初始化BEEP相关IO口, 并使能时钟
* @param       无
* @retval      无
*/
void beep_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    BEEP_GPIO_CLK_ENABLE();                                       /* BEEP时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN;                      /* 蜂鸣器引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;              /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                        /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;          /* 中速 */
    HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);         /* 初始化蜂鸣器引脚 */

    BEEP(0);                                                          /* 关闭蜂鸣器 */
}
对蜂鸣器的引脚设置为中速上拉的推挽输出。最后关闭关闭蜂鸣器，防止没有操作就响了。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"

int main(void)
{
    sys_cache_enable();                             /* 打开L1-Cache */
    HAL_Init();                                       /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4);          /* 设置时钟, 480Mhz */
    delay_init(480);                                 /* 延时初始化 */
    led_init();                                       /* 初始化LED */
    beep_init();                                      /* 初始化蜂鸣器 */

    while (1)
    {
        LED0(0);
        BEEP(0);
        delay_ms(300);
        LED0(1);
        BEEP(1);
        delay_ms(300);
    }
}
首先是调用系统级别的初始化：sys_cache_enable函数使能I-Cache和D-Cache，然后初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化RGB灯，调用beep_init函数初始化蜂鸣器。最后在无限循环里面实现LED0和蜂鸣器间隔300ms交替闪烁和打开关闭一次。
14.4 下载验证
下载完之后，可以看到LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫（因为他们的有效信号相反）。间隔为0.3秒左右，符合预期设计。
至此，本章的学习就结束了。通过本章，我们进一步学习IO作为输出的使用方法，同时巩固了前面知识的学习。希望大家在开发板上实际验证一下，从而加深印象。