基于51单片机实现无源蜂鸣器控制

前言

前篇教程我们已经介绍了如何控制51 单片机的IO 口输出高低电平，本章我们通过另外一个实验来讲述51单片机IO口的输出。通过单片机的一个IO口控制板载无源蜂鸣器，实现蜂鸣器控制。学习可以参考前面LED实验教程内容。

一、蜂鸣器介绍

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。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V 直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

其实一句话就可概括它们之间的区别，想要压电式蜂鸣器发声，需提供一定频率的脉冲信号；想要电磁式蜂鸣器发声，只需提供电源即可。

我们开发板上使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器，属于压电式蜂鸣器类型。这里说的有源和无源，并不是指电源的意思，而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路，有源蜂鸣器内部自带振荡电路，只需提供电源即可发声，而无源蜂鸣器则需提供一定频率的脉冲信号才能发声，频率大小通常在1.5-5KHz 之间。

对于无源蜂鸣器，如果改变频率就可以调节蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。如果改变输出电平的高低电平占空比，则可以改变蜂鸣器的声音大小。

对于有源蜂鸣器，通常内部已经固定了频率，对于调节频率或占空比可能改变不了蜂鸣器的音调和音量，当然也有的有源蜂鸣器可以实现和无源蜂鸣器一样的效果。

二、硬件设计

在前面章节中我们已经对51 单片机的GPIO 做了简单介绍，并且还使用了其中IO 口直接控制开发板上的LED。对于本章要实现蜂鸣器的控制，我们能否直接使用单片机的IO 口驱动呢？答案是否定的，因为51 单片机IO 口的驱动能力较弱（即使外接上拉电阻），而蜂鸣器驱动需要约30mA，所以非常困难，即使可以驱动，那对于整个芯片的其它IO 剩下驱动能力就更加弱甚至无法工作。所以我们不会直接使用IO 口驱动蜂鸣器，而是通过三极管把电流放大后再驱动蜂鸣器，这样51 单片机的IO 口只需要提供不到1mA 的电流就可控制蜂鸣器。所以我们也经常说到51 单片机是用来做控制的，而不是驱动。

我们开发板上的蜂鸣器模块电路如下图所示：

从图中可以看出，蜂鸣器模块独立，J7 端子可接任意IO 控制，因此可直接连接到51 单片机的P2.5 管脚上。图中使用三极管进行电流放大，从而驱动蜂鸣器，当P2.5 输出高电平，三极管截止，蜂鸣器不得电；当P25 输出低电平，三极管导通，蜂鸣器得电。

开发板上使用的是无源蜂鸣器，它需要一定频率的脉冲（高低电平）才会发声，因此需要让P25 脚以一定频率不断输出高低电平信号才能控制蜂鸣器发出声音。

三、软件设计

我们所要实现的功能是：让蜂鸣器发出声音，一段时间后再关闭，即让P2.5管脚输出一定频率的脉冲信号（高低电平）控制无源蜂鸣器。

#include< reg52.h >


typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;


sbit BEER=P2^5;


void delay_10us(u16 ten_us)
{
  while(ten_us--);
}


void main()
{
  u16 i=2000;
  while(1)
  {
    while(i!=0)
    {
      BEER=!BEER;
      i--;
    }
    i=0;
    BEER=0;
  }
}

main.c 文件内代码非常少也很简单，首先将51 单片机的头文件包含进来，然后使用sbit关键字来定义P2.5 管脚，定义好后即可使用BEEP 来替代P2.5口的操作。主函数功能非常简单，直接进入while 循环，在循环内再次套用了一个while 循环，只不过这里并非死循环，而是通过变量i 值来决定何时退出，i值初始化为2000，即该循环会执行2000 次，此循环内不断对BEEP 取反，然后延时一定时间，即P2.5 间隔一定时间输出高低电平，这样就会产生脉冲信号控制蜂鸣器发出声音，当i 值递减到0 时则退出while 循环，然后将i 值清零，且将BEEP 输出0。若修改变量i 的值可以改变蜂鸣器发声时间。

若要改变音调可以修改延时时间，但要注意频率不能太大或者太小，具体大家可以试着调试。若要改变音量，可以修改BEEP 输出高电平时间，如下：

BEEP=1;
delay_10us(190);
BEEP=0;
delay_10us(10);