STM32无源蜂鸣器播放音乐

news2024/10/6 2:26:56

开发板：野火霸天虎V2
单片机：STM32F407ZGT6
开发软件：MDK+STM32CubeMX

文章目录

前言
一、找一篇音乐的简谱
二、确定音调
三、确定节拍
四、使用STM32CubeMX生成初始化代码
五、代码分析

前言

本实验使用的是低电平触发的无源蜂鸣器

无源蜂鸣器是指没有振荡源的蜂鸣器，因此必须使用一定频率的方波才能驱动它发声，所以无源蜂鸣器播放音乐的本质就是使用定时器的PWM，随着节奏拍调节延时、根据音符调节驱动信号的频率，这样就能播放音乐了。

STM32无源蜂鸣器播放孤勇者

一、找一篇音乐的简谱

找一篇稍微简单点的音乐的简谱，我这里找的是孤勇者。
孤勇者简谱

二、确定音调

① 确定音调，区分高中低音很简单，就看数字上方下方有没有点。

② 确定音调对应的频率，如下图所示。
简谱音名和频率关系
③ 定义一个常量浮点型数组，把各音名对应的频率放入。

const float pitch_name_frequency[21] = {
	//低音
	//1		2		3		4		5		6		7
	261.63,	293.67,	329.63,	349.23,	391.99,	440,	493.88,//0-6
	//中音
	//1		2		3		4		5		6		7
	532.25,	587.33,	659.25,	698.46,	783.99,	880,	987.76,//7-13
	//高音
	//1		2		3		4		5		6		7
	1046.50,1174.66,1318.51,1396.92,1567.98,1760,	1975.52//14-20
};

④ 开始抄吧，定义一个常量无符号8位类型数组，把乐谱音名对应频率数组序号放入，抄的过程一定仔细，一不小心就可能抄错。怎么抄
0代表休止符，不发声，这里用21表示，方便后续判断处理，抄完结果如下，每一行都与简谱对应。

const uint8_t gu_yong_zhe[] = {
	9,21,21,7,8,7,9,21,7,8,7,8,9,5,7,5,7,5,7,8,7,
	6,21,21,9,21,21,7,8,7,9,21,7,8,7,8,9,5,7,5,7,5,7,9,8,6,21,21,
	5,7,12,12,12,12,11,12,12,11,12,11,12,11,9,9,9,21,21,5,7,12,12,12,11,12,11,13,13,13,12,13,    
	13,12,9,9,21,9,11,9,8,9,8,9,8,9,11,9,11,9,8,9,8,9,8,21,7,8,
	9,5,7,9,8,9,8,7,7,5,21,21,12,13,14,15,13,14,14,14,13,14,15,13,14,14,14,15,
	16,15,16,15,16,16,15,16,18,16,12,13,14,15,13,14,14,14,13,14,15,13,14,14,14,15,
	16,15,16,15,16,16,15,16,18,16,18,16,18,16,18,16,18,19,16,18,18,16,18,16,18,16,18,19,16,18,18,18,
	16,15,15,15,14,16,16,15,15,15,14,14,12,21,21,18,18,16,15,15,15,14,16,16,15,15,15,14,14,12,21,21,
	21,21,21,21,21,21,21,21,21,21,21,21,12,11,12,11,12,11,12,11,12,12,11,12,11,12,11,
	9,9,9,21,21,12,11,12,11,12,11,12,11,13,13,13,12,13,12,9,9,9,21,21,9,11,9,
	8,9,8,9,8,9,11,9,11,9,8,9,8,9,8,21,7,8,9,12,14,16,15,16,15,14,14,12,21,12,13,
	12,5,7,9,13,13,13,13,12,12,12,21,5,7,9,13,13,13,13,12,12,12,21,12,13,12,21,21
};

三、确定节拍

确定音乐的节拍，也就是PWM持续的时间，即延时时间。

我们看表格的第一列，音符右方、下方的短横线和右方的圆点共同表示音符的时长。
以音符5为例，设音符 5 (即1拍)延时时间t_delay=4x。
右方增加1条横线表示延时时间增加1倍，5 - 的延时时间t_delay=8x，加2条横线表示增加2倍，5 - -的延时时间t_delay=12x。
右方增加1个圆点表示延时时间增加一个半拍，5 · 的延时时间t_delay=6x。
下方增加1条横线表示延时时间减少一半，t_delay=2x，下方增加2条横线表示延时时间减少为1/4，t_delay=x。

因为孤勇者中最小的是1/4拍，因此取1/4拍为单位时间，定义一个常量无符号8位类型数组，将简谱上音名对应节拍抄入，又是一个漫长的过程。
抄入节拍
结果如下。

const uint8_t beat[] = {
	8,4,1,1,1,1,8,3,1,1,1,1,1,3,1,3,1,3,1,2,2,
	8,4,4,8,4,1,1,1,1,8,3,1,1,1,1,1,3,1,3,1,3,1,2,2,8,4,4,
	1,1,2,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,3,4,4,2,1,1,3,1,1,1,1,1,3,1,1,1,2,
	1,2,1,8,1,1,1,1,3,1,3,1,3,1,1,1,1,1,3,1,3,1,4,2,1,1,
	2,2,2,2,3,1,1,1,2,8,4,2,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,1,1,
	1,1,1,1,2,1,1,2,2,2,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,1,1,
	1,1,1,1,2,1,1,2,2,2,2,3,1,3,1,1,1,1,1,2,2,3,1,3,1,1,1,1,1,2,1,1,
	1,1,2,2,1,1,1,1,2,2,1,1,8,4,2,1,1,1,1,2,2,1,1,1,1,2,2,1,1,8,4,4,
	4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,2,1,1,3,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,
	1,3,4,4,2,1,1,3,1,1,1,1,1,3,1,1,1,1,1,1,3,4,4,1,1,1,1,
	3,1,3,1,3,1,1,1,1,1,3,1,3,1,4,2,1,1,2,2,2,2,3,1,1,1,2,12,2,1,1,
	2,2,2,2,4,2,1,1,1,3,12,2,2,2,2,4,2,1,1,1,3,8,2,1,1,8,4,4
};

四、使用STM32CubeMX生成初始化代码

点击Clock Configuration配置时钟树，F407ZGT6最大时钟为168MHz。

点击Pinout & Configuration配置RCC。
RCC
配置SYS。
SYS
配置TIM时钟源为内部时钟，通道1为PWM生成。
在这里插入图片描述
配置参数，PSC设置为0不分频，ARR、Pulse都可以设置为0，因为后面程序中会修改的，注意Mode设置为PWM Mode 1，CH Polarity(通道有效极性)设置为0，因为我使用的是低电平触发的无源蜂鸣器。

将TIM2通道1的GPIO引脚速度改为高。
GPIO
点击Project，配置工程名、位置、IDE及IDE版本。

勾选这两项，将所有库文件复制到工程文件夹、每个初始化外设生成一个.c和.h文件，下面这项必勾。

生成代码，打开工程。

五、代码分析

ARR寄存器的值控制着PWM的周期、频率，因为F407 TIM2时钟已经配置为不分频，所以f_cnt=84M，T_cnt=1/84 * 10^-6s，T_pwm = ARR * T_cnt ，所以f_cnt = ARR * f_pwm，ARR = f_cnt / f_pwm， f_cnt=84M，f_pwm音调对应频率pitch_name_frequency[gu_yong_zhe[i]]。开始生成PWM，根据节拍延时一段时间，关闭PWM。注意关闭PWM后清零CNT计数器，不然会发生错误。代码：__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);

void play_music(void)
{
	uint32_t i, delay_time, tune;
	for(i=0;i<(sizeof(gu_yong_zhe)/sizeof(gu_yong_zhe[0]));i++)
	{
		delay_time = beat[i] * 250; //250ms 1/4拍， 1s 1拍
		if(gu_yong_zhe[i] != 21) // 不是休止符
		{
			tune = (uint32_t)84*1000*1000/pitch_name_frequency[gu_yong_zhe[i]];
//			__HAL_TIM_SetAutoreload(&htim2, tune); // 和下一句作用一样
			TIM2->ARR = tune; // 改变频率
//			__HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, tune/2); // 和下一句作用一样
			TIM2->CCR1 = tune/2; // 占空比为50%
			HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
			HAL_Delay(delay_time); // 根据节拍延时
			HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
			__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0); // CNT寄存器值清0，不然会发生错误
		}
		else // 是休止符
		{
			HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
			HAL_Delay(delay_time);
		}
	}
}