7.1 實驗內(nèi)容

通過本實驗主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

? PWM輸出功能實現(xiàn)；

? 定時器基本原理；

? 蜂鳴器驅(qū)動原理；

7.2 實驗原理

7.2.1 蜂鳴器驅(qū)動原理

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。比如臺式電腦的主機開機會"滴"一聲、洗衣機按下按鍵及洗衣完成都會有聲響，以上這些聲音都是通過蜂鳴器來發(fā)出的。蜂鳴器的驅(qū)動方式可分為：有源蜂鳴器（內(nèi)有驅(qū)動線路）和無源蜂鳴器（使用外部驅(qū)動）。這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。 也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會叫。而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K~5K的方波去驅(qū)動它。

有源蜂鳴器不需要外部的激勵源，只需要接入直流電源，即可自動發(fā)出聲音（聲音頻率相對固定），它的工作發(fā)聲原理是：直流電源輸入經(jīng)過振蕩系統(tǒng)的放大取樣電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號。

7.2.2 定時器基本原理

GD32F30X系列MCU的timer主要有以下五類，主要包括高級定時器/通用定時器L0/通用定時器L1/通用定時器L2/基本定時器。各個定時器支持的功能可在該表中查閱，其中黑點代表改類型的定時器支持該功能，X代表改類型的定時器不支持該功能。

定時器可支持主從模式，可實現(xiàn)多個定時器級聯(lián)，相關(guān)定時器的級聯(lián)信號說明如下表所示。以TIMER0為例，其觸發(fā)信號可以選擇TIMER4_TRGO/TIMER1_TRGO/TIMER2_TRGO/TIMER3_TRGO。

以TIMER1為例，其主要特性如下：

? 總通道數(shù)： 4；
? 計數(shù)器寬度： 16位；
? 時鐘源可選：內(nèi)部時鐘，內(nèi)部觸發(fā)，外部輸入，外部觸發(fā)；
? 多種計數(shù)模式：向上計數(shù)，向下計數(shù)和中央計數(shù)；
? 正交編碼器接口：被用來追蹤運動和分辨旋轉(zhuǎn)方向和位置；
? 霍爾傳感器接口：用來做三相電機控制；
? 可編程的預(yù)分頻器： 16位，運行時可以被改變；
? 每個通道可配置：輸入捕獲模式，輸出比較模式，可編程的PWM模式，單脈沖模式；
? 自動重裝載功能；
? 中斷輸出和DMA請求：更新事件，觸發(fā)事件，比較/捕獲事件；
? 多個定時器的菊鏈使得一個定時器可以同時啟動多個定時器；
? 定時器的同步允許被選擇的定時器在同一個時鐘周期開始計數(shù)；
? 定時器主-從管理。

本例程主要使用TIMER1 PWM模式對蜂鳴器進行驅(qū)動，在此簡單介紹PWM輸出功能。

PWM輸出有兩種模式：PWM模式0和PWM模式1，其配置在CHxCOMCTL寄存器中，具體說明如下。

根據(jù)計數(shù)模式，PWM輸出分為兩種波形：

? EAPWM(邊沿對齊 PWM)

EAPWM 的周期由 TIMERx_CAR 寄存器值決定，占空比由 TIMERx_CHxCV 寄存器值決定。下圖顯示了 EAPWM 的輸出波形和中斷。

? CAPWM(中央對齊PWM)

CAPWM 的周期由（2*TIMERx_CAR 寄存器值）決定，占空比由（2*TIMERx_CHxCV 寄存器值）決定。 下圖顯示了 CAPWM 的輸出波形和中斷。

7.3 硬件設(shè)計

蜂鳴器驅(qū)動電路如下圖所示，在本例程中，通過BEEP_PWM(PA15)引腳驅(qū)動三極管實現(xiàn)蜂鳴器的驅(qū)動，當BEEP_PWM輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器鳴叫；當BEEP_PWM輸出低電平時，三極管截斷，蜂鳴器停止鳴叫。

當我們通直流電到有源蜂鳴器的時候，它會發(fā)送預(yù)設(shè)的聲音，通常是連續(xù)的蜂鳴聲或間歇的蜂鳴聲等。 工作電壓不變，改變通斷時間，獲得不同的長音，如連續(xù)聲，快短聲，慢長聲等。

7.4 代碼解析

本例程實現(xiàn)通過調(diào)整PWM的周期占空比以及對應(yīng)PWM輸出的時間，實現(xiàn)不同音調(diào)的蜂鳴器播放，進而實現(xiàn)模擬音樂播放的效果，例程中模擬的是孤勇者的音樂。

7.4.1 主函數(shù)代碼解析

主函數(shù)如下所示，主要包括串口/LED初始化，蜂鳴器PWM初始化，TIMER初始化（該timer僅實現(xiàn)基本定時的功能，通過該timer控制蜂鳴器PWM輸出時間），以及啟動蜂鳴器等。

C
int main(void)
{
uint16_t t=0;
driver_init();

bsp_uart_init(&BOARD_UART);
bsp_led_group_init();
bsp_led_on(&LED0);
bsp_led_off(&LED1);

bsp_beep_init(1000000,50);

TIMER_INT.timer_updata_callback=Music_switch;
bsp_timer_init(10000,5000);

buzzer_on();

printf("\r\n Bepp music play\r\n");

while(1)
{
if(int_flag==1)
{
int_flag=0;
t++;
bsp_led_toggle(&LED0);
printf("\r\n Bepp music play loop %d\r\n",t);
}

}
}

7.4.2 蜂鳴器PWM配置函數(shù)

蜂鳴器PWM配置函數(shù)如下所示，通過調(diào)用driver_timer_channel_init底層驅(qū)動函數(shù)實現(xiàn)對對應(yīng)TIMER周期和占空比的配置。

C
void bsp_beep_init(uint32_t counter_frequency,uint16_t period)
{
driver_timer_channel_init(&PWM_BEEP,counter_frequency,period);
}

PWM_BEEP的定義如下，采用TIMER1的CH0通道進行輸出，引腳為PA15，通過該定義可實現(xiàn)對蜂鳴器相關(guān)參數(shù)的一站式定義。

C
TIMER_CH_DEF(PWM_BEEP,TIMER1,0,TIMER_CH_PWM_HIGH,A,15,AF_PP,GPIO_TIMER1_PARTIAL_REMAP0);

7.4.3 基本定時器初始化函數(shù)

基本定時器初始化函數(shù)如下，啟動了TIMER5作為中斷功能，定時周期為10000個定時器時鐘，其回調(diào)函數(shù)為Music_switch。

C
TIMER_INT.timer_updata_callback=Music_switch;
bsp_timer_init(10000,5000);

void bsp_timer_init(uint32_t counter_frequency,uint16_t period)
{
driver_timer_base_int_init(&TIMER_INT,counter_frequency,period);
nvic_irq_enable(TIMER5_IRQn,0,0);
}

TIMER_BASE_DEF(TIMER_INT,TIMER5);

Music_switch的定義如下，該函數(shù)在TIMER5的中斷中調(diào)用，該函數(shù)實現(xiàn)的功能主要為配置修改TIMER5的周期以及蜂鳴器PWM輸出的周期占空比，進而實現(xiàn)對不同音調(diào)的播放。

C
void Music_switch(void)
{
static uint16_t i=0;
buzzer_set(music[i],12);
i++;
bsp_timer_init(10000,music[i]*50);
i++;

if( i==(sizeof(music)/sizeof(music[0])) )
{
i=0;
bsp_led_toggle(&LED1);
int_flag=1;
}
}

音樂的相關(guān)數(shù)據(jù)定義在music數(shù)組中，其參數(shù)含義如下：M6代表蜂鳴器PWM的周期，下一個50代表該PWM輸出的時間（對應(yīng)TIEMR5的周期），以上兩個數(shù)據(jù)一組，后面的數(shù)據(jù)類似。

C
uint16_t music[]=
{
// ???????//這一路上走走停停 順著少年漂流的痕跡
// ???????????????M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M3,50,M5,50,M3,50, M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M2,50,M1,25,M2,25,M3,25,M2,25,M1,25,L6,100,Z0,10,
// ???????????????//邁出車站的前一刻 竟有些猶豫
// ???????????????M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M3,50,M5,50,M3,50, M2,50,M2,50,M3,25,M2,50,M1,50,M2,100,Z0,50,
// ???????????????//不僅笑著這近鄉(xiāng)情怯 仍無法避免
// ???????????????M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M2,50,M1,25,M2,50,M3,50,M5,50,M3,50, M2,50,M2,50,M3,25,M2,50,M1,50,L6,100,Z0,10,
// ???????????????//而長野的天 依舊那么暖 風(fēng)吹起了從前
// ???????????????M3,25,M2,25,M1,25,M2,25,M1,100, M3,25,M2,25,M1,25,M2,25,M1,50,M1,50, M5,25,M3,25,M2,25,M1,25,M2,25,M1,100,M1,150,Z0,30,
// ???????????????//從前初識這世間 萬般留戀 看著天邊似在眼前 也甘愿赴湯蹈火去走它一遍
// ???????????????M1,50,M2,50,M3,50,M1,50,M6,50,M5,25,M6,25,M6,50,M6,50, M1,25,M7,50,M6,25,M7,25,M7,100,Z0,5, M7,50,M6,25,M7,25,M7,50,M3,50,H1,25,H2,25,H1,25,M7,25,M6,50,M5,50, M6,50,M5,25,M6,25,M6,25,M5,25,M6,25,M5,25,M6,50,M5,25,M2,25,M2,25,M5,50,M5,50,M3,100,M3,100,Z0,25,
// ???????????????//如今走過這世間 萬般留戀 翻過歲月不同側(cè)臉 措不及防闖入你的笑顏
// ???????????????M1,50,M2,50,M3,50,M1,50,M6,50,M5,25,M6,25,M6,50,M6,50, M1,25,M7,50,M6,25,M7,25,M7,100,Z0,5, M7,50,M6,25,M7,25,M7,50,M3,50,H1,25,H2,25,H1,25,M7,25,M6,50,M5,50, M6,50,H3,25,H3,25,H3,50,M5,50,M6,50,H3,25,H3,25,H3,25,M5,50,M6,25,M6,100,M6,100,M6,100,Z0,25,
// ???????????????//我曾難自拔與世界之大 也沉溺于其中夢話
// ???????????????H1,50,H2,50,H3,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H2,25,H3,25,H3,50, H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,25,H3,50,H3,50,
// ???????????????//不得真假 不做掙扎 不懼笑話
// ???????????????H2,50,H1,25,M6,25,M6,25,H1,50, M6,25,H2,25,H1,25,M6,50,M6,25,H1,50,H1,50, H3,100,H3,25,H4,25,H3,50,H3,25,H2,50,H2,50,Z0,25,
// ???????????????//我曾將青春翻涌成她 也曾指尖彈出盛夏 心之所動且就隨緣去吧
// ???????????????H1,50,H2,50,H3,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H2,50, H3,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H6,25,H5,25,H5,50,H3,50,H3,50, H2,50,H1,25,M6,25,M6,25,H3,50,H3,50, H2,50,H1,25,M6,25,M6,25,H1,50,H1,50,H1,100,H1,100,Z0,10,
// ???????????????//逆著光行走任風(fēng)吹雨打吧
// ???????????????M6,25,H3,50,H3,50,H2,50,H1,25,M6,25,M6,25,H3,50,H2,50,H1,25,M6,25,M6,25,H1,50,H1,50,H1,50,H1,100,Z0,10,
M6,50,M7,50,H1,50,H2,50,M7,50,H1,50,H1,100,Z0,10, ???????//愛你孤身走暗巷
H1,50,M7,50,H1,50,H2,50,M7,50,H1,50,H1,100,Z0,10, ????????//愛你不跪的模樣
H1,50,H2,50,H3,50,H2,50,H3,50,H2,50,H3,100,H3,50,H3,50,H2,50,H3,100,H5,100,H3,100,Z0,10 //愛你對峙過絕望不肯哭一場
};

7.5 實驗結(jié)果

將本例程燒錄到紅楓派開發(fā)板中，運行后將會通過蜂鳴器聽到相關(guān)音樂，具體可聽以下視頻聲音。

相關(guān)實驗視頻，請看飛書文檔

紅楓派開發(fā)板使用手冊：??????????????????????????????????????????????????GD32F303紅楓派使用手冊 - 飛書云文檔 (feishu.cn)