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《MiniPRO H750开发指南》第十四章 蜂鸣器实验

第十四章蜂鸣器实验​


上一章,我们介绍了STM32H7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STM32H7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。

MiniPRO STM32H750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:

《MiniPRO H750开发指南》第十四章 蜂鸣器实验_引脚


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RGB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:STM32H7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,STM32H7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STM32H7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STM32H7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)RGB灯

LEDR : LED0 - PB4(红)

2)蜂鸣器

BEEP(PE4)

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STM32H7的PE4上。如图14.2.1所示:

《MiniPRO H750开发指南》第十四章 蜂鸣器实验_初始化_02


14.2.1 蜂鸣器与STM32H7连接原理图

图中我们用到一个NPN三极管(S8050)来驱动蜂鸣器,R30主要用于防止蜂鸣器的误发声。驱动信号通过R29R30间的电压获得,芯片上电默认电平为低电平,上电时蜂鸣器不会直接。当PE4输出高电平的时候,蜂鸣器将发声,当PE4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

《MiniPRO H750开发指南》第十四章 蜂鸣器实验_#include_03


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。

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PE4,我们做了下面的引脚定义。

/*****************************************************************************/​
/* 引脚 定义 */​

#define BEEP_GPIO_PORT GPIOE​
#define BEEP_GPIO_PIN GPIO_PIN_4​
/* PE口时钟使能 */​
#define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)​
/*****************************************************************************/

可以看到这样定义跟跑马灯实验的是类似。

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。

/* 蜂鸣器控制 */​
#define BEEP(x) do{ x ? \​
HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT,​
BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \​
HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT, ​
BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \​
}while(0)​

/* 蜂鸣器取反控制 */​
#define BEEP_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT, ​
BEEP_GPIO_PIN); }while(0) /* BEEP = !BEEP */

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:

/**​
初始化BEEP相关IO口, 并使能时钟​
无​
无​
*/​
void beep_init(void)​
{​
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;​
BEEP_GPIO_CLK_ENABLE(); /* BEEP时钟使能 */​

gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN; /* 蜂鸣器引脚 */​
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */​
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */​
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM; /* 中速 */​
HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化蜂鸣器引脚 */​

BEEP(0); /* 关闭蜂鸣器 */​
}

对蜂鸣器的引脚设置为中速上拉的推挽输出。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:

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"​
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"​
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"​
#include "./BSP/LED/led.h"​
#include "./BSP/BEEP/beep.h"​

int main(void)​
{​
sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */​
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */​
sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */​
delay_init(480); /* 延时初始化 */​
led_init(); /* 初始化LED */​
beep_init(); /* 初始化蜂鸣器 */​

while (1)​
{​
LED0(0);​
BEEP(0);​
delay_ms(300);​
LED0(1);​
BEEP(1);​
delay_ms(300);​
}​
}

首先是调用系统级别的初始化:sys_cache_enable函数使能I-CacheD-Cache,然后初始化AL库、系统时钟和延时函数。接下来,调用led_init来初始化RGB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。



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