驱动层开发——蜂鸣器驱动

开发流程：

搞清原理，知道用哪个引脚

到cubemx配置引脚并更新keil

在对应层（common interface等文件夹）中创建.c .h文件

在keil中添加层文件夹路径并将文件纳入编译范围内

在vscode中开发

先在原理图中搜索数据手册弄清驱动原理

从高层项底层写

I 搞清原理，知道用哪个引脚

一眼盯真，用PB4。

原理就是通过PB4发出不同频率方波控制蜂鸣器发声。

对于有源无源的蜂鸣器的驱动方式是不同的，因此我们需要查看数据手册：

1. 关键参数：Resonant Frequency = 2700Hz

这是 无源蜂鸣器的核心特征。
"谐振频率"（Resonant Frequency）意味着它需要外部提供 2700Hz 的方波信号 才能有效发声。
如果是有源蜂鸣器，这个参数通常不会出现，或者会写成"内置振荡电路，输出频率 X Hz"。

💡 类比：就像一个喇叭，本身不发声，必须输入音频信号才能响。

2. Rated Current 条件中明确提到"Square Wave"

复制代码

1Max.95mA, at 2700Hz 50% duty Square Wave 5Vo-p

它的额定电流是在 2700Hz 方波驱动 下测得的。
这说明它不是简单地接直流电就响，而是需要 特定频率的交流信号 驱动。

⚠️ 如果是有源蜂鸣器，这里应该写成"DC 5V"或类似描述。

因此必须使用无源蜂鸣器的驱动方式，使用定时器（GPIO 无法直接生成精确频率）生成PWM方波进行驱动。

我们使用内部时钟，这意味，定时器共享芯片内部的时钟，也就是主频72MHz。

在通道一选择PWM波

由于do大概是261Hz，72MHz太高了，我们需要做分频处理。

这里第一个是分频器，范围是0-65535，代表除数，除以0是不可能的，因此代表除以1，因此除以x则需要填除以x-1，我们没法填72000-1，只能填7200-1

现在的分频后频率是10kHz，还是很大，因此我们考虑用重装载继续分频。

重装载就是指走n个步长触发一次事件，比如步长20，则走20个分频周期触发一次，这就相当于给分频后的频率再做了一次分频。

我们选择20-1为重装载值（其范围也从0开始，因此要减一），此时的频率是10k/20=500hHz。

已经是人耳的听觉范围了。

一、PWM 工作原理回顾

在 STM32 定时器中，PWM 输出由两个关键寄存器决定：

寄存器	含义
ARR（Auto-Reload Register）	决定 PWM 周期（最大计数值）
CCR（Capture/Compare Register）	决定 PWM 高电平持续时间（即"脉冲宽度"）

在 CubeMX 中，Pulse 就是 CCR 的值（即 Compare Value）

为了使得输出更稳定，最好的实践是将CCR占到50%，也就是高电平占用一半的时间，因此Pulse填重装载系数20的一半：

然后generatecode。

II 在对应层（common interface等文件夹）中创建.c .h文件

这里改为Int_buzzer.h .c即可

这一步之前直接把整个interface层加入了，因此不需要修改

III 在keil中添加层文件夹路径并将文件纳入编译范围内

然后是添加到编译文件中：

IV 在vscode中开发

总体思路：

先在原理图中搜索数据手册弄清驱动原理从高层项底层写

开发流程：

在.c文件include自己的头文件，然后在.h文件先#ifndef def endif

然后在.h定义暴露给外部的函数，并/** */写函数声明和参数声明

复制下来到.c文件中写实现函数，如果需要嵌套函数，则需要static声明

在main.c中的USERINCLUDE加入头文件，并在USERCODE2加入测试代码

这里找到Int_buzzer说明成功添加了

一般来说，生成code的时候会自动加入定时器的初始化函数，因此可以直接写代码。

那么，根据流程，Int_buzzer.h

cpp 复制代码

#ifndef __INT_BUZZER_H__
#define __INT_BUZZER_H__
#include "tim.h"

/**
 * @brief 打开蜂鸣器
 * 
 */
void Int_buzzer_on(void);

/**
 * @brief 关闭蜂鸣器
 * 
 */
void Int_buzzer_off(void);

#endif /* __INT_BUZZER_H__ */

Int_buzzer.c

由于我们已经在cubemx写好了TIM的配置，因此之间开启就有声音，也就是说，控制TIM即可。

cpp 复制代码

#include "Int_buzzer.h"


/**
 * @brief 打开蜂鸣器
 * 
 */
 void Int_buzzer_on(void){
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
 }

 /**
  * @brief 关闭蜂鸣器
  * 
  */
 void Int_buzzer_off(void){
    HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
 }

在main.c

正常编译

蜂鸣器编曲

这是1-6的发声频率，可以根据这个让蜂鸣器唱歌。

那么，依然是先在buzzer.h添加暴露函数，并宏定义各个音高的频率

cpp 复制代码

#define BUZZER_FREQ_1 261
#define BUZZER_FREQ_2 294
#define BUZZER_FREQ_3 329
#define BUZZER_FREQ_4 349
#define BUZZER_FREQ_5 392
#define BUZZER_FREQ_6 440

/**
 * @brief 设置当前蜂鸣器的频率和占空比
 * 
 * @param freq 频率
 */
void Int_buzzer_set(uint16_t freq);

/**
 * @brief 播放音乐
 * 
 */
void Int_buzzer_music(void);

那么如何设置音高呢？

我们考虑重装载，第二次分频的值，来调整。

经过第一次分频，频率是10kHz，假设频率是freq，那么分频数就是10k/freq。

那么重装载值修改了，对应的pulse占空比也要修改（对应重装载值一半），否则就会发不出声音。

最后还需要重置重装载计数值。

这个函数就是：

cpp 复制代码

/**
 * @brief 设置当前蜂鸣器的频率和占空比
 * 
 * @param freq 频率
 */
void Int_buzzer_set(uint16_t freq){
    __HAL_TIM_SetAutoreload(&htim3, 10000/freq);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 5000/freq);
    __HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);
}

剩余的就是编写音乐了：

cpp 复制代码

#include "Int_buzzer.h"


/**
 * @brief 打开蜂鸣器
 * 
 */
 void Int_buzzer_on(void){
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
 }

 /**
  * @brief 关闭蜂鸣器
  * 
  */
 void Int_buzzer_off(void){
    HAL_TIM_PWM_Stop(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
 }

 /**
 * @brief 设置当前蜂鸣器的频率和占空比
 * 
 * @param freq 频率
 */
void Int_buzzer_set(uint16_t freq){
    __HAL_TIM_SetAutoreload(&htim3, 10000/freq);
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 5000/freq);
    __HAL_TIM_SetCounter(&htim3, 0);
}

static void Int_buzzer_byte(uint16_t freq){
    Int_buzzer_set(freq);
    Int_buzzer_on();
    HAL_Delay(800);
    Int_buzzer_off();
    HAL_Delay(200);
}

static void Int_buzzer_byte_long(uint16_t freq){
    Int_buzzer_set(freq);
    Int_buzzer_on();
    HAL_Delay(1600);
    Int_buzzer_off();
    HAL_Delay(400);
}

/**
 * @brief 播放音乐
 * 
 */
void Int_buzzer_music(void){
    //每个音节响0.8 间隔0.2 - 响1.6 乐句间间隔0.4
    //1155665 4433221
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_1);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_1);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_5);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_5);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_6);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_6);
    Int_buzzer_byte_long(BUZZER_FREQ_5);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_4);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_4);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_3);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_3);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_2);
    Int_buzzer_byte(BUZZER_FREQ_2);
    Int_buzzer_byte_long(BUZZER_FREQ_1);
}

成功编译：

补充资料

🔔 一、两种蜂鸣器的本质区别

类型	工作原理	控制方式	是否需要定时器
有源蜂鸣器（Active Buzzer）	内部自带振荡电路	只需给直流电压（高/低电平）	❌ 不需要 TIM，用 GPIO 即可
无源蜂鸣器（Passive Buzzer）	本质是电磁式扬声器，类似喇叭	需要外部提供一定频率的方波信号才能发声	✅ 必须用 TIM（或 PWM）生成频率

✅ 所以："蜂鸣器往往使用 TIM 定时器"这个说法，其实特指「无源蜂鸣器」。

🎯 二、为什么无源蜂鸣器必须用 TIM 定时器？

1. 发声原理决定

无源蜂鸣器没有内部振荡源，必须靠外部交变信号驱动膜片振动。
要让它发出 特定音调（如 1kHz 的"嘀"声） ，就必须输入 1kHz 的方波。
方波的 频率 = 音调高低 ，占空比 ≈ 响度。

2. GPIO 无法直接生成精确频率

如果只用 GPIO + 软件延时（如 for 循环或 HAL_Delay）翻转电平：
复制代码
```
1while(1) {
2    HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO, BEEP_PIN);
3    HAL_Delay(0.5); // 想生成 1kHz，但 HAL_Delay 最小单位是 1ms！
4}
```
- 精度差 ：HAL_Delay 最小是 1ms，无法生成 1kHz（周期 1ms，半周期 0.5ms）；
- 占用 CPU：主程序被阻塞，无法做其他事；
- 频率不稳定：受中断、编译优化等影响，音调不准甚至失真。

3. TIM 定时器的优势

硬件自动翻转 ：配置好后，TIM 自动在精确时间点翻转 GPIO（通过输出比较或 PWM 模式），无需 CPU 干预；
高精度：基于系统时钟（如 72MHz），可生成微秒级甚至纳秒级精度的方波；
支持任意频率：通过调整 PSC（预分频）和 ARR（自动重载值），轻松生成 100Hz ~ 20kHz 的音频信号；
可播放音乐：动态修改 TIM 参数，就能切换不同音符（如《小星星》旋律）。

💡 示例：用 TIM3 输出 1kHz 方波驱动无源蜂鸣器

复制代码

1// PSC=71, ARR=999 → 计数频率 = 72MHz/(71+1)=1MHz → 周期=1000 → 频率=1kHz
2htim3.Instance = TIM3;
3htim3.Init.Prescaler = 71;
4htim3.Init.Period = 999;
5HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1); // 硬件自动输出 PWM

⚙️ 三、有源蜂鸣器：为什么不用 TIM？

有源蜂鸣器内部已集成振荡电路（通常固定频率，如 2.7kHz 或 4kHz）；
只需通电就响，断电就停；

控制逻辑极简单：

复制代码

1HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO, BEEP_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 响（低电平有效）
2HAL_Delay(100);
3HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO, BEEP_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 停

用 GPIO 足够，用 TIM 反而浪费资源。