【51单片机实验笔记】声学篇（一） 蜂鸣器基本控制

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前言

蜂鸣器在生活中的应用实则相当广泛。通过本章你将学会制造噪声 （笑~）你将学会驱动它们，并发出响声。

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硬件介绍

PWM基础

占空比
频率

延时实现
定时器实现

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蜂鸣器简介

蜂鸣器的英文为Buzzer，是将电信号转化为音频信号的基本电子器件。蜂鸣器有无源蜂鸣器和有源蜂鸣器两种。

• 无源蜂鸣器：即压电式蜂鸣器。内部不带振荡源，须提供脉冲信号驱动。通过改变频率调节音调高低，改变占空比调节音量大小。
• 有源蜂鸣器：即电磁式蜂鸣器。内部自带振荡源，只需通直流电即响，驱动简单，但频率固定。

这里的源与电源无关，指的是内部是否有振荡源。有源蜂鸣器通常用于只需要发出响声的场景，如：按键音、报警器等等。无源蜂鸣器由于可以改变电压，可以应用于电子琴、变声器中。

图1 无源蜂鸣器

图2 有源蜂鸣器

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判断有源无源的方法

• 用万用表测试
  • 无源蜂鸣器电阻大致为10Ω左右。对于脉冲信号才能发声。
  • 有源蜂鸣器电阻大致为几百欧姆。且接通持续发声。
• 看表面封装
  • 无源蜂鸣器一般都是无贴纸标识。
  • 有源蜂鸣器一般都是有贴纸标识。

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原理图分析

蜂鸣器驱动电路

一般IO输出电流小于20mA，不能直接驱动蜂鸣器，需要相应的驱动电路，一般利用三级管的放大和开关作用驱动蜂鸣器。

如图所示，R1用于限制基极电流，R2用于限制蜂鸣器电流，8550为PNP型三极管，当IO引脚为低电平时导通。

对于有源蜂鸣器而言，IO引脚输出低电平就能持续发声。
对于无源蜂鸣器而言，需要IO引脚输出PWM脉冲信号来使之发声。

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软件实现

蜂鸣器短鸣

#include 

#define DELAY_TIME 100

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit BEEP = P1^5; //信号端与P1.5引脚相连

void delay(u16 i){
	while(i--);
}

void main(){
	u8 i = 0;
	while(1){
		while(i < DELAY_TIME){
			BEEP = !BEEP; //内部上拉，初始为1，占空比为50%
			delay(100); //延时1ms，周期2ms，即频率为500Hz
			i++;
		}
	}
}

通过调节不同的频率，可以得到不同音调的声音；调节占空比，可以控制音量高低。

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蜂鸣器功能封装

delay.h

#ifndef _DELAY_H_
#define _DELAY_H_

#include 

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

void delay_10us(u16);
void delay_ms(u16);

#endif

delay.c

#include "delay.h"

/**
   *  @brief  延时函数(10us)
   *  @param  t:0~65535，循环一次约10us
   *  @retval 无
   */
void delay_10us(u16 t){
	while(t--);
}

/**
   *  @brief 延时函数（ms）
   *  @param t:0~65535,单位ms
   *  @retval 无
   */
void delay_ms(u16 t){
	while(t--){
		delay_10us(100);
	}
}

beep.h

#ifndef _BEEP_H_
#define _BEEP_H_

#include "delay.h"

sbit BEEP_PORT = P1^5;

void beep_once(u8, u16);

#endif

beep.c

#include "beep.h"

/**
   *  @brief 蜂鸣器单响
   *  @param t 持续时长, fre 频率HZ
   *  @retval
   */
void beep_once(u8 t, u16 fre){
	while(t--){
		BEEP_PORT = !BEEP_PORT; // 取反
		delay_10us(1e5/2/fre);
	}
}

main.c

#include "beep.h"

void main(){
	// 以1000Hz频率，50%占空比，持续时间约1s
	beep_once(100, 1000);
	while(1);
}

蜂鸣器本身的控制很简单，它也经常和其他元器件一起搭配使用。

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总结

本章相对轻松，了解了蜂鸣器的主要类别与驱动方式。还学习了PWM的基本原理。继续加油！