STM32物联网项目-PWM驱动蜂鸣器

PWM驱动无源蜂鸣器

之前是使用标准库函数配置引脚输出PWM控制呼吸灯，无源蜂鸣器也类似，这次使用的是HAL库，用CubeMX软件初始化PWM功能

蜂鸣器电路图

Buz接到了32单片机的PA8引脚，所以使用PA8引脚的定时器生成PWM信号，驱动蜂鸣器，使其发出声音

PWM输出原理

Period：周期，单位是秒

Duty：占空比

CubeMX配置

因为PA8引脚是定时器1的通道1，定时器1是高级定时器，也有PWM输出功能，所以在软件中对TIM1进行初始化

主要就是要设定定时器时钟的分频值PSC，自动重载值ARR，因为定时器时钟确定后，每计数一次的时间也定了，从0向上计数到ARR的值，就是一个PWM周期

在PA8引脚选择TIM1_CH1

开启高级定时器1的时钟源，选择内部时钟，通道1的PWM功能

配置时基单元和PWM输出通道

预分频系数PSC设置为71，也可以写为72000000/1000000-1，设置定时器的时钟为1MHz，因为72MHz的晶振振72次是1us，1/1us = 1/0.000001s = 1000000Hz = 1Mz

自动重载值ARR为999，也就是从0计数到999，每计数一次是1us，共1000次，所以1000 * 1us = 1ms，所以PWM信号的周期就是1ms，换算成频率就是1KHz

配置PWM输出通道时，Pulse设置的就是CCR的值，当CNT计数值小于CRR时，会输出一个有效电平，是高电平有效还是低电平有效要看CH Polarity(CH通道极性)选择，如果选择为高电平，则该有效电平就是高电平，如果选择低电平则该有效电平就是低电平；

Pulse的值也就是占空比的值，因为PWM周期已经在设置自动重载值ARR时确定了，为1000，所以Pulse设置为500的话，表示PWM信号的占空比就为50%，如果Pulse为250，则占空比就是25%

ARR的值控制的是PWM信号的周期，CCR的值控制的是PWM信号的占空比；ARR不变，改变CCR的值，则会改变占空比；CCR不变，改变ARR，则会改变PWM的周期

注意：在大多数情况下，选择开启CCR寄存器的预装载功能，让占空比的变化在下一个PWM信号周期才生效

打开定时器6中断和触摸按键1的外部中断，定时器回调函数中可以改变定时器1输出PWM的频率，达到输出不同的声音效果，触摸按键可以开启和关闭蜂鸣器

代码1

实现功能：触摸按键1可以打开或关闭蜂鸣器，开发板上电后蜂鸣器会发出不同音调的声音

Buzzer.c

主要是编写蜂鸣器的开启和关闭函数

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "MyApplication.h"

/* Private define-------------------------------------------------------------*/

/* Private variables----------------------------------------------------------*/
static void Buzzer_ON(void);
static void Buzzer_OFF(void);
/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
Buzzer_t Buzzer = 
{
    OFF_Status,
    Buzzer_ON,
    Buzzer_OFF
};
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/

/*
* @name   Buzzer_ON
* @brief  打开蜂鸣器
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Buzzer_ON()
{
    //只需开启PWM输出功能，即可让蜂鸣器响
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
    Buzzer.Status = ON_Status;
}

/*
* @name   Buzzer_OFF
* @brief  关闭蜂鸣器
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Buzzer_OFF()
{
    //关闭PWM输出，即关闭蜂鸣器
    HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
    Buzzer.Status = OFF_Status;
}

MyInit.c

要在初始化函数中打开蜂鸣器，上电后才会响

/*
* @name   Peripheral_Set
* @brief  外设设置
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Peripheral_Set()
{
  Timer6.Timer6_Start_IT();   //启动定时器6
  Buzzer.ON();                //打开蜂鸣器
}

CallBack.c

外部中断回调函数中，触摸按键1按下翻转LED灯电平，同时控制蜂鸣器的开关

定时器6中断回调函数中，用LED2显示定时器运行状态，改变定时器1ARR的值，不断改变PWM信号的频率，发出不同的声音

/*
* @name   HAL_GPIO_EXTI_Callback
* @brief  外部中断回调函数
* @param  GPIO_Pin：触发中断的GPIO引脚
* @retval None   
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)    //如果触摸按键1被按下
  {
    LED.LED_Fun(LED1,LED_Flip);
    //控制蜂鸣器开关
    if(Buzzer.Status == ON_Status)
    {
      Buzzer.Buzzer_OFF();  //关闭蜂鸣器
    }
    else
    {
      Buzzer.Buzzer_ON();   //打开蜂鸣器
    }
  }
}
/*
* @name   HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
* @brief  定时器中断回调函数
* @param  *htim：处理定时器的结构体指针
* @retval None   
*/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  static uint8_t Fre_Cnt = 0;
  if(htim->Instance == htim6.Instance)
  {
    //定时器6每隔5ms进入一次中断，usMCU_Run_Timer就加1，当计时时间达到1s时，翻转LED灯的状态
    if(++Timer6.usMCU_Run_Timer >= TIMER_1s)
    {
      Timer6.usMCU_Run_Timer = 0;
      LED.LED_Fun(LED2,LED_Flip);
    }

    //控制PWM的频率长度与大小
    if(Fre_Cnt++ >= 3)  //0,1,2不执行
    {
      Fre_Cnt = 0;

      //定时器1时钟：1MHz
      //PWM周期：(1/1000000Hz) * ARR
      //PWM频率：1/(1/1000000Hz)*ARR = 1000000/ARR
      //ARR = 250,PWM周期为：250us = 0.25ms = 0.00025s,PWM频率为：1/0.00025s = 4000Hz = 4KHz
      //ARR = 500,PWM周期为：500us = 0.5ms = 0.0005s,PWM频率为：1/0.0005s = 2000Hz = 2KHz
      //ARR = 1000,PWM周期为：1000us = 1ms = 0.001s,PWM频率为：1/0.001s = 1000Hz = 1KHz
      //ARR = 2000,PWM周期为：2000us = 2ms = 0.002s,PWM频率为：1/0.002s = 500Hz = 0.5KHz
      
      /*定时器6每隔5ms执行一次回调函数，在Fre_Cnt为0,1,2时，不改变ARR的值，所以PWM周期不会变，维持15ms
      当Fre_Cnt为3时，进行一次改变ARR值的操作，把ARR的值减少，当减到500时再让ARR的值为2000，
      如此反复改变ARR的值，改变PWM的频率，但占空比始终是50%*/
      TIM1->ARR -= 10;
      if(TIM1->ARR < 500)
      {
        TIM1->ARR = 2000;
      }
      //设置占空比为50%
      TIM1->CCR1 = TIM1->ARR/2; 
    }
  }
}

代码2

实现功能：触摸KEY1，KEY2，KEY3三个触摸按键蜂鸣器分别发出不同音调的声音，触摸KEY4，使用定时器每隔1秒发出前三个按键的声音

Buzzer.c

因为蜂鸣器发出不同音调是通过改变频率来实现的，改变频率就相当于改变了PWM信号的周期，所以是对ARR寄存器里的值进行修改，因为后续会多次改变频率，所以写成函数形式，给到按键外部中断回调函数调用

/*
* @name   Frequency_1KHz
* @brief  蜂鸣器发出1kHz声音
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Frequency_1KHz()
{
    Buzzer.ON();
    TIM1->ARR = 1000;
    TIM1->CCR1 = TIM1->ARR/2;
    HAL_Delay(50);
    Buzzer.OFF();
}

/*
* @name   Frequency_2KHz
* @brief  蜂鸣器发出2kHz声音
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Frequency_2KHz()
{
    Buzzer.ON();
    TIM1->ARR = 500;
    TIM1->CCR1 = TIM1->ARR/2;
    HAL_Delay(50);
    Buzzer.OFF();
}

/*
* @name   Frequency_4KHz
* @brief  蜂鸣器发出4kHz声音
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Frequency_4KHz()
{
    Buzzer.ON();
    TIM1->ARR = 250;
    TIM1->CCR1 = TIM1->ARR/2;
    HAL_Delay(50);
    Buzzer.OFF();
}

CallBack.c

外部中断回调函数实现三个触摸按键发出不同音调的功能，定时器中断回调函数不断检测蜂鸣器状态位，如果触摸按键4被按下，则该状态位被置位，定时器中就每隔1秒中按顺序发出4KHz，2KHz和1KHz的声音

/*
* @name   HAL_GPIO_EXTI_Callback
* @brief  外部中断回调函数
* @param  GPIO_Pin：触发外部中断的引脚
* @retval None   
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  //触摸按键KEY1按下，蜂鸣器发出1KHz的声音
  if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
  {
    LED.LED_Fun(LED1,LED_Flip);
    Buzzer.Frequency_1KHz();
  }
  //触摸按键KEY2按下，蜂鸣器发出2KHz的声音
  if(GPIO_Pin == KEY2_Pin)
  {
    LED.LED_Fun(LED2,LED_Flip);
    Buzzer.Frequency_2KHz();
  }
  //触摸按键KEY3按下，蜂鸣器发出4KHz的声音
  if(GPIO_Pin == KEY3_Pin)
  {
    LED.LED_Fun(LED3,LED_Flip);
    Buzzer.Frequency_4KHz();
  }
  //触摸按键KEY4按下，则蜂鸣器标志位置1
  if(GPIO_Pin == KEY4_Pin)
  {
    Buzzer.Buzzer_Flag = TRUE;
  }
}

/*
* @name   HAL_TIM_PeriodElapsedCallback
* @brief  定时器中断回调函数
* @param  *htim：处理定时器的结构体指针
* @retval None   
*/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim->Instance == htim6.Instance)
  {
    //定时器6每隔5ms进入一次中断，usMCU_Run_Timer就加1，当计时时间达到1s时，执行相应功能
    if(++Timer6.usMCU_Run_Timer >= TIMER_1s)
    {
      Timer6.usMCU_Run_Timer = 0;
      if(Buzzer.Buzzer_Flag == TRUE)	//如果蜂鸣器标志位被置位
      {
        Buzzer.Frequency_4KHz();

        HAL_Delay(200);
        Buzzer.Frequency_2KHz();

        HAL_Delay(200);
        Buzzer.Frequency_1KHz();
      }
    }
  }
}

注意——HAL_Delay函数中断优先级的问题

在蜂鸣器发出不同频率声音的函数中可以看到，使用了HAL库的延时函数HAL_Delay()，而频率的函数又在外部中断的回调函数中被调用，同时在定时器回调函数也有调用HAL_Delay函数；

因为HAL_Delay延时函数是使用到了System tick time（系统滴答定时器），也是通过中断定时，所以这三个中断就要考虑中断优先级的关系了

因为外部中断或者定时器中断都是在中断处理过程中被HAL_Delay的中断打断的，说明HAL_Delay的中断优先级是比这两者高的，不然HAL_Delay的延时中断打断不了外部中断或者定时器中断，就没有延时的作用

打开CubeMX的NVIC配置界面可以看到，System tick timer的默认抢占优先级是0，自己配置的外部中断是1，定时器6中断是2，数字越小则优先级越大，所以HAL_Delay延时函数在外部中断或定时器中断中能起作用

拓展