我在高职教STM32——GPIO入门之蜂鸣器

大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正因如此，才有了借助 CSDN 平台寻求认同感和成就感的想法。在这里，我准备陆续把自己花了很多心思的教学设计分享出来，主要面向广大师生朋友，单片机老鸟就略过吧。欢迎点赞+关注，各位的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！

本篇我们延续上一章闪烁灯的主题，通过 STM32 的 IO 口来控制开发板上的有源蜂鸣器，实现发声控制。通过本篇的学习，你将进一步了解 STM32 的 IO 口作为输出口使用的方法。

【学习目标】

理解蜂鸣器的电路原理
续领悟 GPIO 的初始化和电平控制
会利用函数手册查找、使用函数

一、认识蜂鸣器

1.1 蜂鸣器的应用和分类

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流供电，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、电话机等电子产品中作发声器件。蜂鸣器按构造方式的不同，可分为电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器；按其驱动方式的不同，可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。我们开发板上的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图1所示。

这里的有源或无源不是指电源的“源”，而是指有没有自带振荡源。有源蜂鸣器内部自带了振荡电路，一通电就会发声，声音频率固定；无源蜂鸣器则没有自带振荡电路，必须外部提供 2~5kHz 左右的方波驱动，才能发声，音调也会随驱动信号的频率变化而改变。

1.2 蜂鸣器的驱动电路

上一篇，我们利用 STM32 的 IO 口去直接驱动 LED。本章的蜂鸣器，是否也能直接驱动呢？让我们来简单分析下：STM32F1 的单个 IO 最大可以提供 25mA 电流（来自数据手册），而蜂鸣器的驱动电流大概是 30mA，两者十分相近，但是全盘考虑，STM32F1 整个芯片的电流，最大也就 150mA，如果用 IO 口直接驱动蜂鸣器，其他地方用电就得省着点了。因此，在开发板的电路设计上，是将 IO 口信号通过三极管扩流后再驱动蜂鸣器，如图2所示，这样只需要提供不到 1mA 的电流就足够了。

从上图可知，蜂鸣器的驱动信号连接在 STM32 的 PB3 引脚上，用一个 NPN 三极管 Q7 来驱动蜂鸣器，R55 主要用于防止蜂鸣器的误发声。当 PB3 输出高电平的时候，蜂鸣器发声；当 PB3 输出低电平的时，蜂鸣器停止发声。由此可见，IO 口使用虽然简单，但是和外部电路的匹配设计，还是十分讲究的，考虑越多，设计就越可靠，可能出现的问题也就越少。

二、蜂鸣器编程实践

2.1 任务描述

实验现象很简单，我们让开发板上的蜂鸣器发出“嘀”…“嘀”的鸣响。这个实验的目的在于进一步熟悉 IO 口的使用，如果大家明白了上面蜂鸣器的发声原理，就会发现这个实验的控制方式跟上一章的闪烁灯如出一辙，也是“高电平—延时—低电平—延时”的循环套路。然而，PB3 这个引脚跟其他 IO 口相比有点特殊，我们对它初始化的时候还有一些附加操作，详见下面的代码分析。

2.2 工程文件清单

按照上一章对工程文件的管理，控制一类新的硬件就增加一对与之匹配的驱动文件，即图3中的 beep.c 和 beep.h。

2.3 工程代码剖析

1. beep.h 源码剖析

和上一章控制 LED 类似，代码清单1里定义了两个宏：BEEP_ON 和 BEEP_OFF，用来实现向 PB3 输出高电平和低电平的操作，这样既简化了书写，还能见名知意。此外，头文件里肯定少不了函数声明，这里只有一个蜂鸣器端口初始化的函数。

//-----------------------------------------------------------------------
// 代码清单1：beep.h文件源码
//-----------------------------------------------------------------------

#ifndef  _BEEP_H_
#define  _BEEP_H_

#include "stm32f10x.h"

//------------------------------------------------------------------------
// 端口宏定义
//------------------------------------------------------------------------
#define  BEEP_PIN	GPIO_Pin_3

//------------------------------------------------------------------------
// 库函数操作宏定义
//------------------------------------------------------------------------
#define  BEEP_ON	GPIO_SetBits(GPIOB, BEEP_PIN)
#define  BEEP_OFF	GPIO_ResetBits(GPIOB, BEEP_PIN)
#define  BEEP_TOG	GPIO_WriteBit(GPIOB, BEEP_PIN, \
					(BitAction)(1-GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, BEEP_PIN)))

//------------------------------------------------------------------------
// 函数声明
//------------------------------------------------------------------------
void Beep_Init(void);	//蜂鸣器端口初始化函数


#endif

2. beep.c 源码剖析

如代码清单2所示，该文件只有一个 Beep_Init() 函数，完成对蜂鸣器 IO 口的初始化。

/**
 ************************************************************************
 * 代码清单2：beep.c
 * 描    述：蜂鸣器驱动
 * 平    台：OneNET STM32开发板V3.2
 * 作    者：老耿
 * 日    期：yyyy/mm/dd
 * 固 件 库：ST3.5.0
 * 版    本：V1.0
 * 说    明：初始化即可
 * 修改记录：无
 ************************************************************************
**/

//----------------------------------------------------------------------
// 必要的头文件
//----------------------------------------------------------------------
#include "beep.h"


/**
 ************************************************************************
 * 函 数 名：Beep_Init
 * 功    能：蜂鸣器IO口初始化
 * 入口参数：无
 * 出口参数：无
 * 说    明：注意PB3引脚的特殊性
 ************************************************************************
**/
void Beep_Init(void)
{
	//定义一个GPIO初始化对象（结构体）
	GPIO_InitTypeDef  gpio_initstruct;
	
	//打开必要的外设时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
	
	//PB3引脚有特殊性，需要禁用默认的JTAG功能
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
	
	//填充初始化结构体，并执行生效
	gpio_initstruct.GPIO_Pin = BEEP_PIN;
	gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &gpio_initstruct);
	
	//上电蜂鸣器关闭
	BEEP_OFF;
}

大家应该看到了，上面的初始化跟上一章的 LED 端口初始化相比，还是有点不一样的。STM32F10x 系列的 MCU 复位后，PA13/14/15 以及 PB3/4 默认配置为 JTAG 功能。但是，这里的 PB3 并非 JTAG 调试引脚，于是就有了调用 GPIO_PinRemapConfig() 这个引脚重映射库函数，而参数
GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable 的意思是禁用 JTAG 调禁模式，使能 SW 调试模式。由于 SW调试模式并不使用 PB3 引脚，这样我们就即保障了程序可以正常地下载和调试，又可以用 PB3 作为普通 IO 口控制蜂鸣器了。

由此可见，PB3 已经不是单纯的 IO 口了，还附加了调试功能。因此，我们在初始化的时候还打开了IO口复用这个外设（RCC_APB2Periph_AFIO）的时钟。

3. main.c源码剖析

主程序很简单，见代码清单3，请结合注释来阅读。

/**
 ******************************************************
 * 代码清单3：main.c
 * 项    目：有源蜂鸣器
 * 任务描述：上电后嘀嘀嘀
 * 实验平台：OneNET STM32开发板V3.2
 * 作    者：老耿
 * 日    期：yyyy/mm/dd
 ******************************************************
**/

//-----------------------------------------------------
// 必要的头文件
//-----------------------------------------------------
#include "delay.h"
#include "beep.h"


//-----------------------------------------------------
// 主函数
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int main()
{
	delay_init();	//延时初始化
	Beep_Init();	//蜂鸣器初始化
	
	//主循环
	while(1)
	{
		BEEP_ON;
		delay_ms(300);
		BEEP_OFF;
		delay_ms(300);
        
        //或者简化成以下两句
        //BEEP_TOG;
        //delay_ms(300);
	}
}