对蜂鸣器播放音乐涉及到的知识点进行重点说明

通过开发板的蜂鸣器播放歌曲在实际产品设计中可能用处不大，但是在一些开发板中非常常见，其实看似简单的功能涉及到的知识点还比较多。

本文对蜂鸣器播放音乐涉及到的知识点进行重点说明。

一：硬件电路

如上图所示，是非常常用的三极管驱动蜂鸣器的电路：

当P12输出低电平时，三极管Q1不导通，此时无电流流过蜂鸣器，蜂鸣器不发声。当P12输出高电平时，Q1导通，此时有电流流过蜂鸣器，蜂鸣器发声。

R26是限流电阻，保证流过蜂鸣器的电流不会超过允许值。

关于三极管驱动电路的原理讲解及更多的优化设计，可在本公众号内搜索相关文章自行学习。

注意：想要进行音乐播放需要使用无源蜂鸣器；关于无源蜂鸣器与有源蜂鸣器的区别，可在本公众号内搜索蜂鸣器相关的文章进行学习。

二：有源蜂鸣器与无源蜂鸣器

注意：这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫； 而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用 2K-5K 的方波去驱动它。

有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。

无源蜂鸣器的优点是：

便宜

声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果

在一些特例中，可以和 LED 复用一个控制口

有源蜂鸣器的优点是：

程序控制方便。

三：蜂鸣器发声原理

单片机驱动无源蜂鸣器的方式有两种：一种是 PWM 输出口直接驱动，另一种是利用 I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

PWM 输出口直接驱动是利用PWM输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置 PWM 口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只要打开 PWM 输出， PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。

比如频率为 2000Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为 500μs，这样只需要把 PWM 的周期设置为 500μs，占空比电平设置为 250μs，就能产生一个频率为 2000Hz 的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。

而利用 I/O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。

比如为 2500Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为 400μs，这样只需要驱动蜂鸣器的 I/O 口每 200μs 翻转一次电平就可以产生一个频率为 2500Hz，占空比为/2 的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。

其实两种驱动方式本质上都是给蜂鸣器一定频率的信号，蜂鸣器的发声频率等于驱动方波的频率。

下面贴出来蜂鸣器发声的相关函数。

 

//  Buzzer初始化
void buzzerInit(void)
{
    TR0 = 0;
    TF0 = 0;
    TMOD |= 0x01;                                       //  设置新模式：16位定时模式
    BUZZ = 1;
    ET0 = 1;
    EA = 1;
}


//  Buzzer发出指定频率的声音
//  uiFreq是发声频率，单位：Hz
void buzzerSound(unsigned int uiFreq)
{
    //  限定频率范围在20～20000Hz之间
    if (uiFreq < 20) {
        buzzerQuiet();
        return;
    }
    if (uiFreq > 20000) uiFreq = 20000;


    //  计算Timer0装载值
    TL0_Load = LOW_BYTE(65536UL - CPUCLK / (uiFreq * 2));
    TH0_Load = HIGH_BYTE(65536UL - CPUCLK / (uiFreq * 2));


    //  启动Timer
    TL0 = 0xF0;
    TH0 = 0xFF;
    TR0 = 1;
}


//  蜂鸣器停止发声
void buzzerQuiet(void)
{
    TR0 = 0;
    TF0 = 0;
    BUZZ = 1;
}

 

四：蜂鸣器演奏乐曲

上图是《化蝶》的乐谱。

简谱是大众化的音乐记谱方式，比较容易理解和掌握。我们可以把一首乐谱（score）看成是由若干个基本的音符（note）单元组成。

一个音符由音名和时值组成。音名就是低音、中音、高音的 1234567（唱作 do re mi fa sol la si），其本质是音符的发声频率。

可以在程序中用 L1～L7、M1～M7、H1～H7 定义低音、中音、高音所对应的发声频率。

时值是音符的发声时间长短，有全音符、二分音符、四分音符……等等。

音符可以后缀一个“符点”，表示时值增加 1/2，特殊地，二分音符加符点时用“－”代替圆点。参见下表的描述。 

在程序中定义一个音符结构体tNote，有两个数据成员：音名mName和时值mTime。

再使用该结构体定义一个tNote型常量数表MyScore[ ]，用来保存实际乐谱转换成tNote格式的数据。

有了上述一点点乐谱基础知识，我们就可以很方便地编辑这个数表了。比如音符“3-”转换为“{L3, T/2}”，音符“3．”转换为“{M3, T/4+T/8}”，等等。感兴趣的同学可以自行补充上面简谱中的内容。

审核编辑：刘清