51单片机入门（4）蜂鸣器（无源+有源）

上一节我们学习了LED的一些有趣的实验，这节我们换一种外设——蜂鸣器，蜂鸣器是一种常见的发声器件，电子产品等设备经常会配备蜂鸣器作为声音指示器。

• 先简单介绍本文将用到的硬件及软件：
  硬件平台：普中51开发板-单核A2
  软件：Keil5（C51）、STC-ISP（或其他ISP软件）、Proteus8.9（用于仿真，非必须）

蜂鸣器是什么

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。比如台式电脑的主机开机会"滴"一声、洗衣机按下按键及洗衣完成都会有声响，以上这些声音都是通过蜂鸣器来发出的。

下图是蜂鸣器的电路图形符号（蜂鸣器也是有正负极之分的）

蜂鸣器按驱动方式可分为有源蜂鸣器（内含驱动线路）和无源蜂鸣器（外部驱动）。这里的“源”指的是激励源。

无源蜂鸣器内部没有激励源，只有给它一定频率的方波信号，才能让蜂鸣器的振动装置起振，从而实现发声，同时，输入的方波频率不同，发出的声音也不同（所以无源蜂鸣器可以模拟曲调实现音乐效果）。

有源蜂鸣器则不需要外部的激励源，只需要接入直流电源，即可自动发出声音（声音频率相对固定）。

由于有源蜂鸣器较为简单，只需要单片机给出高低电平即可控制其工作发声（还需借助三极管放大电路），这和上两节讲的LED很类似，所以本节就不重点讨论有源蜂鸣器（但文末有简单代码介绍），只研究单片机如何控制无源蜂鸣器。

我之前写过一篇文章详细介绍蜂鸣器，里面介绍了蜂鸣器的种类和一些简单的硬件知识，感兴趣的可以看看，传送门：(点我)

无源蜂鸣器工作原理

无源蜂鸣器需要1.5~2.5kHz（与蜂鸣器种类有关）的音频信号，这个音频信号即一个高低变化频率为1.5-2.5kHz的方波。实际上频率小于1.5kHz也是有声音的，只是不那么准了，可能是嘟嘟声。

实验代码

在写代码前，我们需要先创建一个Keil工程，创建工程的步骤已经在本系列第一篇文章中讲述，传送门：(点我)。这里就不进行赘述。

前面提到无源蜂鸣器需要一定频率的高低变化的信号才能驱动发声，那么怎么用代码产生一个高低变化的信号（方波）呢？

和上节所讲的呼吸灯一样，我用到了模拟PWM，void Simulate_Pwm(unsigned char period, unsigned char duty)实现了类似PWM输出的功能，period为周期，控制整个过程的时间长度（对应蜂鸣器的频率，频率=1/周期），duty表示低电平时间占周期时间的比例，在这个实验里，这个值对蜂鸣器影响不大（选择50%即可）。

#include    //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器


sbit beep = P1^5;	 //定义蜂鸣器的引脚

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： Delay_10us
 * @ 功  能  ： 10us粗略延时
 * @ 参  数  ： 延时时间--单位10us
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void Delay_10us(unsigned int time)
{
	while(time--);
}
 
 /******************************************************************************
 * @ 函数名  ： Simulate_Pwm
 * @ 功  能  ： 模拟PWM控制（需要不停运行）
 * @ 参  数  ： period 周期（单位10us）
 *              duty   占空比（低电平，0-100）
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void Simulate_Pwm(unsigned char period, unsigned char duty)
{
	unsigned char low = period / 100 * duty; //低电平延时时间
	unsigned char high = period - low;       //高电平延时时间
		
	beep = 0;        //蜂鸣器IO电平置低
	Delay_10us(low); //低电平延时时间
		
	beep = 1;        //蜂鸣器IO电平置高
	Delay_10us(high);//高电平延时时间
		
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： main
 * @ 功  能  ： 主函数
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/

int main()
{
	
	while(1)
	{
		//使用模拟PWM控制蜂鸣器
		Simulate_Pwm(100, 50);  //周期100*10us，占空比50%——频率：1KHz
	}
	
}

• reg52.h：表示你调用了52或者51单片机的资源，也就是可以直接对单片机的相关寄存器与引脚进行操作，里面涉及和很多内容，这里只要知道它是一个必须加的一个头文件即可。
• sbit beep = P1^5;：sbit是定义特殊功能寄存器的位变量（bit和sbit都是C51扩展的变量类型，即C51特有的，而不是C语言标准变量类型），这里我们只需要把sbit当成一个类型即可，就像char、int，只不过char指的是一个字节，而sbit指的是字节里的一个位。
  上面还提到特殊功能寄存器（SFR），SFR是80C51单片机中各功能部件对应的寄存器，用于存放相应功能部件的控制命令，状态或数据，SFR（sfr）也是一种扩充数据类型，占用一个内存单元（1字节）。上面式子中的P1就是一个SFR，在reg52.h中，定义了P1寄存器的地址，如果我们对P1进行赋值，就等同于对51单片机的特殊功能寄存器赋值，即P1对应的8个IO端口。
  知道了sbit和P1的含义，那么理解sbit beep = P1^5;就不难了，即定义P1.5引脚的状态为beep，P1^5也是C51的特有用法，表示P1的第5位数据。
• while(1){}：这是一个死循环，由于单片机上电后要不停的工作，所以我们不能让main函数结束，而是让它不停地执行while函数内部的工作。
• Simulate_Pwm(100, 50);：上面已经提过了，用于模拟PWM输出，可以让蜂鸣器IO输出一定频率的方波（第二个参数需要选50），方波频率由函数第一个参数决定，当第一个参数（period）为100时，对应的频率为1/(100*10us)=1KHz。

编译+烧录

程序编写完成后，接下来的操作就是编译+烧录了，这些步骤已经在本系列第一篇文章中讲述，传送门：(点我)。不过这里还是会简单描述一下操作过程：

• 点击编译按钮，如果怕出现意外，可以点第三个（重新编译），编译完成后Build Output窗口会显示报错信息，如果没有错误和警告（如果这几行都有警告，那说明有问题），且生成了hex文件，说明编译成功。

• 将刚才生成的hex文件烧录到单片机中，即可听到蜂鸣器在响了。

实验效果

• 实际效果：（实际效果就不方便展示了）

• 仿真效果：上电后蜂鸣器响起。
  【Proteus软件的安装和使用可以参考我的另一篇博客（带安装包下载链接），传送门：(点我)】

有源蜂鸣器代码

这里简单介绍一下有源蜂鸣器的控制代码：
功能：让有源蜂鸣器以500ms的间隔进行鸣叫。

#include    //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器


sbit beep = P1^5;	 //定义蜂鸣器的引脚

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： Delay_10us
 * @ 功  能  ： 10us粗略延时
 * @ 参  数  ： 延时时间--单位10us
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void Delay_10us(unsigned int time)
{
	while(time--);
}
 

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： main
 * @ 功  能  ： 主函数
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/

int main()
{	
	while(1)
	{
		beep = ~beep;       //高低电平切换
		Delay_10us(50000);  //延时约500ms
	}
}

仿真效果：

有源蜂鸣器以大约500ms的间隔进行鸣叫

【Proteus软件的安装和使用可以参考我的另一篇博客（带安装包下载链接），传送门：(点我)】

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