STM32通过PWM输出使蜂鸣器实现播放音乐功能_pwm占空比改变蜂鸣器音调

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1.什么是PWM输出

       PWM，全称Pulse Width Modulation，即脉宽调制技术，是一种通过改变信号的占空比来控制电路的技术。在PWM信号中，周期是固定的，而占空比则可以根据需要进行调整。通过改变占空比，可以控制电路输出的电压、电流等物理量的大小，从而实现对电路的控制。PWM频率是指一秒钟内从高电平时间在到低电平时间，再从低电平跳到高电平的瞬间次数，也就是一秒钟内有多少个PWM的周期。PWM周期是指一秒钟内从高电平时间在到低电平时间。PWM占空比是指一个周期内高电平时间和总时间的比值。

        PWM的基本产生如下图，即面积等效法，当b的占空比为百分之百的时候，a输出为高电平，而当b在一个周期占空比为其他数值的时候，根据定积分产生的正弦波面积则不同，经过多个周期不同占空比的时候，就会产生不同的面积波形，即产生了一个模拟信号。

        PWM在生活中有很多应用，例如通过PWM输出控制LED亮度，当频率太小的时候，一个周期时间太长肉眼就能看到LED亮灭的过程，而当频率足够高的时候，LED的灯光的亮灭速度赶不上开关速度(LED灯还没完全亮就又熄灭了)由于视觉暂留作用人眼不感觉电灯在闪烁，而是感觉灯的亮度减小了，从而达到了控制LED亮度的效果。

2.如何让蜂鸣器发出不同频率的声音

2.1设置预分频

void TIMx_BEEP_Config(void){
  //......省略部分代码 
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1;//当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72-1;//设置预分频
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;//设置时钟分频系数：不分频
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;//占空比0										  			
  //......省略部分代码 
}

        由代码可见预分频值为71，则为72分频（多少分频都可以，72分配只是为了方便后面计算），由于STM32的默认系统时钟频率为72MHz，分频后则为1MHz。此时定时器会在一秒内计数1M次，且由 知道，可以通过改变周期T来得到任意频率f。

        通过固件库函数TIM_SetAutoreload(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Autoreload);修改自动重装载寄存器周期的值即可得到任意频率的PWM输出。

        通过TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);来修改比较寄存器中的比较值，改变PWM输出的占空比。

2.2音调频率对照图：

        在有了音调频率对照图后只需要通过调整PWM输出频率即可控制蜂鸣器发出不同的音调，实现通过蜂鸣器播放音乐。

        由上述可知，分频后频率为1MHz，且,频率已知，因此可以算出所需的T的值。例如低音1的。

2.3定义一个修改占空比和寄存器周期值的函数

定义一个set_beep(uint16_t f)函数，变量f为音调频率，通过该函数即可实现让蜂鸣器发出任意频率的声音。

void set_beep(uint16_t f){
	if(f==0){
		TIM_SetAutoreload(TIM1,1);
		TIM_SetCompare1(TIM1,0);
	}else{
		TIM_SetAutoreload(TIM1,(1000000/f));
		TIM_SetCompare1(TIM1,(1000000/f)/15);
	}
}

3.孤勇者乐谱

 4.实例代码

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Beep.h"
#include "SysTick.h"//里面写了一个延时函数，不重要，因此不上传该部分的代码
 
#define   L1     262-1//低调 do 的频率
#define   L2     294-1//低调 re 的频率
#define   L3     330-1//低调 mi 的频率
#define   L4     350-1//低调 fa 的频率
#define   L5     392-1//低调 sol 的频率
#define   L6     440-1//低调 la 的频率
#define   L7     494-1//低调 si 的频率
                                               
#define   M1     524-1//中调 do 的频率
#define   M2     588-1//中调 re 的频率
#define   M3     660-1//中调 mi 的频率
#define   M4     700-1//中调 fa 的频率
#define   M5     784-1//中调 sol 的频率
#define   M6     880-1//中调 la 的频率
#define   M7     988-1//中调 si 的频率
 
#define   H1     1048-1//高调 do 的频率
#define   H2     1176-1//高调 re 的频率
#define   H3     1320-1//高调 mi 的频率
#define   H4     1480-1//高调 fa 的频率
#define   H5     1640-1//高调 sol 的频率
#define   H6     1760-1//高调 la 的频率
#define   H7     1976-1//高调 si 的频率
 
#define   S      0//不发音
 
int16_t music[]=
{
		M3,M3,S,S,M1,M2,M1,M3,M3,S, //都是勇敢的
		M1,M2,M1,M2,M3,L6,M1,L6,M1,L6,M1,M2,M1,L7,L7,S,S, //你额头的伤口你的不同你犯的错
	    M3,M3,S,S,M1,M2,M1,M3,M3,S, //都不必隐藏
	    M1,M2,M1,M2,M3,L6,M1,L6,M1,L6,M1,M3,M2,L7,L7,S,S, //你破旧的玩偶你的面具你的自我
		L6,M1,M6,M6,M6,M5,M6,M6,M5,M6,M5,M6,M5,M3,M3,M3,S,S, //他们说要带着光驯服每一头怪兽
		L6,M1,M6,M6,M6,M5,M6,M5,M7,M7,M7,M6,M7,M7,M6,M3,M3,S,S, //他们说要缝好你的伤没人爱小丑
		M3,M5,M3,M2,M3,M2,M3,M2,S, //为何孤独不可光荣
		M3,M5,M3,M5,M3,M2,M3,M2,M3,M2,S, //人只有不完美值得歌颂
		M1,M2,M3,L6,M1,M3,M2,M3,M2,M1,M1,L6,L6,S,S,//谁说污泥满身的不算英雄
		M6,M7,H1,H2,M7,H1,H1,S,	//爱你孤身走暗巷
		H1,M7,H1,H2,M7,H1,H1,S, //爱你不跪的模样
		H1,H2,H3,H2,H3,H2,H3,H3,H2,H3,H5,H3,S, //爱你对峙过绝望不肯哭一场
		M6,M7,H1,H2,M7,H1,H1,H1,M7,H1,H2,M7,H1,H1,S, //爱你破烂的衣裳却敢堵命运的枪
	    H1,H2,H3,H2,H3,H2,H3,H3,H2,H3,H5,H3,S, //爱你和我那么像缺口一样
		H5,H3, //去吗
		H5,H3,S, //配吗
	    H5,H3,H5,H6,H3,H5,S, //这褴褛的披风
		H5,H3,//战吗
	    H5,H3,S, //战啊
		H5,H3,H5,H6,H3,H5,H5,H5,H3,H2,H2,H2,H1,H3,H3,H2,H2,H2,H1,H1,M6,M6,S,S, //以最卑微的梦致那黑夜中的呜咽与怒吼
		H5,H5,H3,H2,H2,H2,H1,H3,H3,H2,H2,H2,H1,H1,M6,M6,S,S, //谁说站在光里才算英雄
};
 
int main(void)
{	
	uint16_t i;
	TIMx_BEEP_Config();
	while(1)
    {
		for(i=0;i<sizeof(music)/sizeof(music[0]);i++)
        {
			set_beep(music[i]);//发出指定音调
			delay_ms(250);//延时250ms
		}
	}
}

Beep.c

#include "Beep.h"   
//不同型号的单片机蜂鸣器所对应的引脚和定时器都有所不同，需要根据实际情况修改
void TIMx_BEEP_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;																				
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72-1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); 
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);
	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}
 
void set_beep(uint16_t f)
{
	if(f==0){ //如果f=0则不发出声音
		TIM_SetAutoreload(TIM1,1);
		TIM_SetCompare1(TIM1,0);
	}else{ //发出指定频率的声音
		TIM_SetAutoreload(TIM1,(1000000/f));
		TIM_SetCompare1(TIM1,(1000000/f)/15);
	}
}

Beep.h 

#include "stm32f10x.h"
 
void TIMx_BEEP_Config(void);
void set_beep(uint16_t f);

5.演示视频