《STM32F407 探索者开发指南》第十四章 蜂鸣器实验

正点原子运营

第十四章 蜂鸣器实验

1）实验平台：正点原子探索者STM32F407开发板

2) 章节摘自【正点原子】STM32F407开发指南 V1.1

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294673401

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32f407_explorerV3.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）STM32技术交流QQ群:151941872

上一章，我们介绍了STM32F407的IO口作为输出的使用。本章，我们将通过另外一个例子继续讲述STM32F407的IO口作为输出的使用，不同的是本章讲的不是用IO口直接驱动器件，而是通过三极管间接驱动。我们将利用一个IO口来控制板载的有源蜂鸣器。

本章分为如下几个小节：

14.1 蜂鸣器简介

14.2 硬件设计

14.3 程序设计

14.4 下载验证

14.1 蜂鸣器简介

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，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、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

探索者STM32F407开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图14.1.1所示：

图14.1.1 有源蜂鸣器

这里的有源不是指电源的“源”，而是指有没有自带震荡电路，有源蜂鸣器自带了震荡电路，一通电就会发声；无源蜂鸣器则没有自带震荡电路，必须外部提供2~5Khz左右的方波驱动，才能发声。

上一章，我们利用STM32的IO口直接驱动LED灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32的IO口驱动呢？让我们来分析一下：STM32F407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是30mA左右，两者十分相近，但是全盘考虑，STM32F407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，所以我们不用STM32F407的IO直接驱动蜂鸣器，而是通过三极管扩流后再驱动蜂鸣器，这样STM32F407的IO只需要提供不到1mA的电流就足够了。

IO口使用虽然简单，但是和外部电路的匹配设计，还是要十分讲究的，考虑越多，设计就越可靠，可能出现的问题也就越少。

14.2 硬件设计
1. 例程功能

蜂鸣器每隔300ms响或者停一次。LED0每隔300ms亮或者灭一次。LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫。

2. 硬件资源

1）LED灯

LED0 – PF9

2）蜂鸣器

BEEP – PF8

3. 原理图

蜂鸣器在硬件上是直接连接好了的，不需要经过任何设置，直接编写代码就可以了。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32F407的PF8上。如图14.2.1所示：

图14.2.1 蜂鸣器与STM32F407连接原理图

我们用一个NPN三极管（S8050）来驱动蜂鸣器，R65主要用于防止蜂鸣器的误发声。驱动信号通过R64和R65间的电压获得，芯片上电时默认电平为低电平，故上电时蜂鸣器不会直接响起。当PF8输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当PF8输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。

14.3 程序设计

本实验我们只是用到GPIO外设输出功能，关于HAL库的GPIO的API函数请看跑马灯实验的介绍。下面我们直接分析本实验的程序流程图。

14.3.1 程序流程图

图14.3.1.1 蜂鸣器实验程序流程图

14.3.2 程序解析
1. 蜂鸣器驱动代码

这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。蜂鸣器（BEEP）驱动源码包括两个文件：beep.c和beep.h。

下面我们先解析beep.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。

l  蜂鸣器引脚定义

由硬件设计小节，我们知道驱动蜂鸣器的三极管在硬件上连接到PF8，类似跑马灯实验，我们做了下面的引脚定义。

1. /* 引脚 定义 */
   
2. #define BEEP_GPIO_PORT                  GPIOF
   
3. #define BEEP_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_8
   
4. /* PF口时钟使能 */
   
5. #define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE()        do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();}while(0)

复制代码

l  蜂鸣器操作函数定义

为了后续对蜂鸣器进行便捷的操作，我们为蜂鸣器操作函数做了下面的定义。

1. /* 蜂鸣器控制 */
   
2. #define BEEP(x)        do{ x ? \
   
3.                                 HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
   
4. BEEP_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET):\
   
5.                               HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,
   
6. BEEP_GPIO_PIN,GPIO_PIN_RESET);\
   
7.                           }while(0)
   
8. /* BEEP状态翻转 */
   
9. #define BEEP_TOGGLE()  do{HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT,
   
10. BEEP_GPIO_PIN);\ }while(0)

复制代码

BEEP(x)这个宏定义就是控制蜂鸣器的打开和关闭的。例如：如果要打开蜂鸣器，那么调用宏定义BEEP(1)即可，如果要关闭蜂鸣器，调用宏定义BEEP(0)即可。

BEEP_TOGGLE()是控制蜂鸣器进行翻转的。这里也利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。

下面我们再解析beep.c的程序，这里只有一个函数beep_init，这是蜂鸣器的初始化函数，其定义如下：

1. /**
   
2. * @brief       初始化BEEP相关IO口, 并使能时钟
   
3. * @param       无
   
4. * @retval      无
   
5. */
   
6. void beep_init(void)
   
7. {
   
8.    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
   
9.    BEEP_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* BEEP时钟使能 */
   
10.    gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN;                 /* 蜂鸣器引脚 */
    
11.    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;        /* 推挽输出 */
    
12.    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                  /* 上拉 */
    
13.    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;      /* 高速 */
    
14.     HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  /* 初始化蜂鸣器引脚 */
    
15.     BEEP(0);                                                   /* 关闭蜂鸣器 */
    
16. }

复制代码

对蜂鸣器的引脚设置为高速上拉的推挽输出。最后关闭关闭蜂鸣器，防止没有操作就响了。

2. main.c代码

在main.c里面编写如下代码：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.    HAL_Init();                                  /* 初始化HAL库 */
   
4.    sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7);     /* 设置时钟,168Mhz */
   
5.    delay_init(168);                            /* 延时初始化 */
   
6.    led_init();                                  /* 初始化LED */
   
7.    beep_init();                                 /* 初始化蜂鸣器 */
   
8.    
   
9.     while(1)
   
10.     {
    
11.        LED0(0);
    
12.        BEEP(0);
    
13.        delay_ms(300);
    
14.        LED0(1);
    
15.        BEEP(1);
    
16.        delay_ms(300);
    
17.     }
    
18. }

复制代码

首先初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化LED灯，调用beep_init函数初始化蜂鸣器。最后在无限循环里面实现LED0和蜂鸣器间隔300ms交替闪烁和打开关闭一次。

14.4 下载验证

下载完之后，可以看到LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫（因为他们的有效信号相反）。间隔为0.3秒左右，符合预期设计。

至此，本章的学习就结束了。通过本章，我们进一步学习IO作为输出的使用方法，同时巩固了前面知识的学习。希望大家在开发板上实际验证一下，从而加深印象。