第十一章蜂鸣器实验
上一章，我们介绍了STM32MP157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巩固IO口作为输出使用的操作方法，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。
本章将分为如下几个小节：
11.1、蜂鸣器实验；
11.2、硬件设计；
11.3、软件设计；
11.1 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，用作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
正点原子STM32MP157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11.1. 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STM32MP1的IO口直接驱动LED灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32MP157的IO口驱动呢？让我们来分析一下：
①STM32MP157的单个IO最大可以提供20mA电流（来自数据手册，如下图），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，如果直接将蜂鸣器接在IO口上，可能会烧毁IO。
②STM32MP157整个芯片的电流，最大也就140mA，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STM32MP1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STM32MP157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，出现的问题也就越少。
图11.1. 2数据手册部分截图
11.2 硬件设计
1. 例程功能
控制蜂鸣器每隔1s响或者停一次，当蜂鸣器响的时候，LED0和LED1亮，当蜂鸣器停的时候，LED0和LED1灭。
2. 硬件资源
LED0 | LED1 | BEEP | 总线 |
PI0 | PF3 | PC7 | AHB4 |
表11.2. 1硬件资源
3. 原理图
STM32mp157原理图中，LED0接在PI0上，LED1接在PF3上。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32mp157的PC7上。如下图所示：
图11.2. 1与STM32MP157连接原理图
图11.2. 2蜂鸣器与STM32MP157连接原理图
图中我们用到一个PNP 型的三极管（S8550）来驱动蜂鸣器，R108主要用于防止蜂鸣器的误发声。当PC7输出低电平的时候，Q1导通，蜂鸣器发声，当PC7输出高电平的时候，Q1不导通，蜂鸣器停止发声。
11.3 软件设计
本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\11、M4 CubeIDE裸机驱动例程\CubeIDE_project\ 4 BEEP。
11.3.1 程序设计流程
本章节我们通过HAL库的API函数来驱动LED和蜂鸣器，实现蜂鸣器、LED0和LED1以1s间隔交替开启和关闭。其中，我们会用到HAL库中的HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin函数。实验程序的设计流程如下：
图11.3.1. 1程序设计流程图
11.3.2 GPIO功能引脚配置
新建一个工程BEEP，进入STM32CubeMX插件配置界面后，在Pinout & Configuration处配置PI0、PF3和PC7为GPIO Output，并配置PI0、PF3和PC7给CM4内核使用，如下图所示。
图11.3.1. 1配置PI0引脚复用功能
接下来配置GPIO的工作模式，其中：
PC7配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为BEEP；
PI0配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为LED0；
PF3配置：GPIO为推挽输出模式，配置上拉，速度等级为Very High，User Label为LED1；
上面的配置，速度等级也可以选其它配置，PI0和PF3的User Label我们保持和上面LDE实验的一致，因为我们要用前面LED工程的实验代码。
图11.3.1. 2配置GPIO工作模式
11.3.3 时钟和工程配置
我们采用默认内部高速时钟HSI（64MHz）。同时在Project Manager窗口勾选此项，配置独立生成对应外设的初始化.h和.c 文件：
图11.3.2. 1配置生成外设独立的初始化文件
11.3.4 生成工程
配置好之后，按下键盘的“Ctrl+S”组合键保存保存 LED.ioc 文件，系统开始生成初始化代码。
图11.3.3. 1生成BEEP工程
11.3.5 控制逻辑代码实现
1. 新建用户文件
将上一章LED工程的BSP文件夹直接复制粘贴到本工程的CM4工程根目录下。如果还不太熟悉在工程中拷贝文件和新建文件的操作，也可以回头看看我们前面第4.2.3小节，如下图：
图11.3.4. 1拷贝BSP文件夹
在BSP的Include目录下新建beep.h头文件，在BSP的根目录下新建beep.c源文件，如下图：
图11.3.4. 2新建beep.h和beep.c文件
最后记得在工程中设置源文件的路径，否则编译的时候会找不到beep.c和led.c文件里的函数。如果把BSP文件夹放在Core目录下的话，就不需要进行这步设置：
图11.3.4. 3工程关联添加的源文件
2. 添加用户驱动代码
在beep.h文件中添加如下代码：
beep.h文件内容
1 #ifndef __BEEP_H
2 #define __BEEP_H
3
4 #include"gpio.h"
5 /* 蜂鸣器控制 */
6 #define BEEP(x) do{ x ? \
7 HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET) : \
8 HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET); \ 9 }while(0)
10
11 /* 蜂鸣器取反控制 */
12 #define BEEP_TOGGLE() \
13 do{ \
14 HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin); \
15 }while(0) /* BEEP = !BEEP */
16
17 void beep_init(void); /* BEEP初始化函数 */
18
19 #endif
beep.h文件中调用HAL_GPIO_WritePin函数来对GPIO端口位写值，调用HAL_GPIO_TogglePin函数来对GPIO端口位取反。
第6~9行，当x大于0的时候，设置端口位为0，蜂鸣器响；当x小于0的时候，设置端口位为1，蜂鸣器不响。
第12~15行，对GPIO端口位取反，如果蜂鸣器开启，执行这段语句后蜂鸣器关闭；如果此时蜂鸣器关闭，执行这段语句后打开蜂鸣器。
在beep.c文件中添加如下代码，默认关闭蜂鸣器。
beep.c文件内容
1 #include "./Include/beep.h"
2
3 void beep_init(void)
4 {
5 BEEP(0); /* 关闭 蜂鸣器 */
6 }
main.c文件代码如下：
main.c文件内容
1 #include "main.h"
2 #include "gpio.h"
3 #include "../../BSP/Include/beep.h"
4 #include "../../BSP/Include/led.h"
5
6 void SystemClock_Config(void);
7
8 int main(void)
9 {
10 /* 初始化HAL库 */
11 HAL_Init();
12
13 if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
14 {
15 /* 配置系统时钟 */
16 SystemClock_Config();
17 }
18
19 /* 初始化所有已经配置的外设 */
20 MX_GPIO_Init();
21 led_init(); /*关闭 LED0,打开LED1 */
22 beep_init(); /*关闭BEEP */
23
24 while (1)
25 {
26 BEEP(1); /* 打开蜂鸣器 */
27 LED0(0); /* 打开LED0 */
28 LED1(0); /* 打开LED1 */
29 HAL_Delay(1000);
30 BEEP(0); /* 关闭蜂鸣器 */
31 LED0(1); /* 关闭LED0 */
32 LED1(1); /* 关闭LED1 */
33 HAL_Delay(1000);
34 }
35 }
36
37 /*系统时钟配置*/
38 void SystemClock_Config(void)
39 {
40 /*此处省略时钟初始化代码*/
41 }
42
43 void Error_Handler(void)
44 {
45
46 }
main.c文件中的初始化代码我们在前面的第10.5.5小节有分析过，这里不再赘述。在while循环中，蜂鸣器以1秒的间隔发声，当蜂鸣器响的时候，LED0和LED1亮，当蜂鸣器不响的时候，LED0和LED1灭。
11.3.6 编译和调试
工程编译不报错后，进入Debug模式调试工程，点击运行以后实验现象和我们上面分析的一致。
