代码收藏家 基于STM32的音乐播放器：用PWM控制蜂鸣器实现美妙旋律
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基于STM32用PWM控制蜂鸣器
前言
音乐播放器项目，我使用PWM输出捕获的方式控制无源蜂鸣器响，这样可以解放主函数的空间，用来控制其他外设。 （PWM的介绍在STM32学习笔记中我做了详细的介绍和应用实例）
一、设计背景
1.1、知识储备
用到了蜂鸣器、独立按键、LED、PWM输出捕获、引脚重映射、定时器中断等方面的知识。同时还要了解STM32内部时钟树，我用到的开发工具有：STM32 CubeMX和MDK kile5，并且我使用的是HAL库进行的编程。为什么不用标准库主要是因为，HAL库是ST公司一直维护和支持更新的库，它的支持性更好，标准库在2011年就已经停止了维护，但是HAL库的调用更抽象，所以我在学习时用标准库，更加形象具体，能快速的打好基础，而做项目则用的HAL库，可以用cubeMX进行图形化编程，效率更高。两种库各有利弊，不存在谁好谁坏。 而且HAL库只是支持ST公司的单片机，这变相限制了开发移植性。
二、系统设计方案
2.1、实现功能
1.开发板通电，蜂鸣器能正常播放音乐；
2.通过按键可以向前\向后切换歌曲；
3.LED指示灯随着按键的按下进行翻转指示；
2.2、硬件部分
使用的是正点原子精英开发板，芯片是STM32F103ZET6，内部时钟为72M。蜂鸣器是无源蜂鸣器，无内部振荡电路，可以改变其频率，使其播放音乐。独立按键控制音乐的播放并且可以切歌。LED做为指示灯，用来判断独立按键是否按下。
2.3、软件部分
PE5、PB5为LED引脚，PB7为PWM输出捕获引脚（TIM4、CH2），PE3、PE4为独立按键控制引脚（开启中断），开启定时器TIM2；
三、软件设计
3.1、设计流程图
3.2、音乐频率的设置
这个项目的难点就是设置音乐频率，按照我之前使用51单片机制作音乐播放器的经验，音乐频率，主要是音乐的音符，音调和节拍之间的关系。
音符决定发音单元，音调决定音量的高低，节拍决定音符发音的时间长短。
3.3、编程主要思路
因为我采用PWM和定时器控制蜂鸣器，主要关系是这样的：定时器把握音乐的节拍，PWM把握音调和音符。
还是得说一下PWM。PWM 周期由定时器分频系数和重装载值共同决定，STM32F103ZET6的主频为72MHZ，设置分频为9，所以最大是8MHZ。而我们所需要的最小频率是262HZ，所以我们只需要计算得到的重装载值不大于定时器的重装载最大值（65535）即可。
所以每次转换音符时，动态修改重装载值即可实现 PWM 输出频率的变化，进而控制无源蜂鸣器发声。定时器将进行 ms 中断，判断每拍时间是否到达，到达则播放下一拍。
四、程序设计
篇幅有限，只能展示部分代码，需要全部代码，请私信博主，谢谢。
music.c程序如下：
#include "music.h"
uint16_t C_FREQ[]={0,262,294,330,349,392,440,
494,523,587,659,698,784,880,988,
1046,1175,1318,1397,1568,1760,1976};
/*-------------------两只老虎--------------------*/
/*频率*/
uint8_t music_two_tiger_f[]={
1,2,3,1,
1,2,3,1,
3,4,5,
3,4,5,
5,6,5,6,3,1,
5,6,5,4,3,1,
1,5,1,
1,5,1,
};
/*1/4拍长*/
u16 music_two_tiger_t_echo=150;
/*长度*/
u16 music_two_tiger_len=(sizeof(music_two_tiger_f)/sizeof(uint8_t));
/*拍长*/
uint8_t music_two_tiger_t[]={
P_1,P_1,P_1,P_1,
P_1,P_1,P_1,P_1,
P_1,P_1,P_2,
P_1,P_1,P_2,
P_4_3,P_4_1,P_4_3,P_4_1,P_1,P_1,
P_4_3,P_4_1,P_4_3,P_4_1,P_1,P_1,
P_1,P_1,P_2,
P_1,P_1,P_2,
};
/*-------------------春节序曲--------------------*/
/*频率*/
uint8_t music_happy_newyear_f[]={
3,2,3,5,5,6,
7,6,7,7,
3,7,6,5,3,5,
6,5,6,5,
5,6,1,6,1,2,
1,6,5,3,
5,6,1,2,1,7,
6,5,6,5,
3,2,3,5,5,6,
1,6,3,1,
};
/*1/4拍长*/
u16 music_happy_newyear_t_echo=200;
/*长度*/
u16 music_happy_newyear_len=(sizeof(music_happy_newyear_f)/sizeof(uint8_t));
/*拍长*/
uint8_t music_happy_newyear_t[]={
P_2_1,P_1,P_2_1,P_2_1,P_1,P_2_1,
P_1,P_2_1,P_2_1,P_2,
P_2_1,P_1,P_2_1,P_2_1,P_1,P_2_1,
P_4_3,P_4_1,P_1,P_2,
P_4_3,P_4_1,P_1,P_2_1,P_1,P_2_1,
P_1,P_2_1,P_2_1,P_2,
P_4_3,P_4_1,P_1,P_2_1,P_1,P_2_1,
P_4_3,P_4_1,P_1,P_2,
P_2_1,P_1,P_2_1,P_2_1,P_1,P_2_1,
P_1,P_2_1,P_2_1,P_2,
};
/*-------------------难忘今宵--------------------*/
/*频率*/
uint8_t music_bitter_unforget_f[]={
2,3,2,1,2,3,2,5,
5,5,5,2,4,3,2,
7,1,2,3,1,7,1,2,3,5,
5,4,3,4,3,2,1,
5,6,5,4,1,3,4,6,5,5,
2,6,5,6,4,6,5,
3,4,3,2,5,3,4,3,2,1,
5,4,3,4,3,2,1,
6,5,4,1,4,6,5,5,
6,5,4,1,4,6,5,5,
3,2,1,5,1,3,2,2,
3,2,1,5,1,3,5,5,
3,2,1,5,1,3,1,1,
};
/*1/4拍长*/
u16 music_bitter_unforget_t_echo=300;
/*长度*/
u16 music_bitter_unforget_len=(sizeof(music_bitter_unforget_f)/sizeof(uint8_t));
/*拍长*/
uint8_t music_bitter_unforget_t[]={
P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_1,
P_2_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_1,
P_2_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2,
P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_1,
P_2_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_1,
P_2_1,P_2_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2,
P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_4_1,P_2_1,P_2,
};
struct MUSIC_T music_t;
u8 B0[]="stop";
u8 B1[]="two tigers";
u8 B2[]="happy newyear";
u8 B3[]="bitter_unforget";
void music_tea_seeds(u8 n){
switch(n){
case 0:{
music_t.f=NULL;
music_t.t=NULL;
music_t.len=0;
music_t.t_each=0;
music_t.name=B0;
};break;
case 1:{
music_t.f=music_two_tiger_f;
music_t.t=music_two_tiger_t;
music_t.len=music_two_tiger_len;
music_t.t_each=music_two_tiger_t_echo;
music_t.name=B1;
}; break;
case 2:{
music_t.f=music_happy_newyear_f;
music_t.t=music_happy_newyear_t;
music_t.len=music_happy_newyear_len;
music_t.t_each=music_happy_newyear_t_echo;
music_t.name=B2;
};break;
case 3:{
music_t.f=music_bitter_unforget_f;
music_t.t=music_bitter_unforget_t;
music_t.len=music_bitter_unforget_len;
music_t.t_each=music_bitter_unforget_t_echo;
music_t.name=B3;
};break;
case 4:{
}; break;
case 5:{
};break;
}
}
beep.c
#include "beep.h"
#include "music.h"
#include "tim.h"
#define TEA_VOL 99
/*
蜂鸣器根据频率发声音
note_f：频率,取值来自于数组
vol:声音，取值范围区间:[0,100]
*/
void my_passive_buzzer_set(uint16_t note_f)
{
/*计算自动重装载值,计算新的频率*/
uint16_t Autoreload=(80000.0/(float)C_FREQ[note_f])-1;
/*计算音量*/
uint16_t volume=(((float)Autoreload)/100.0)*TEA_VOL;
/*设置自动重装载值*/
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim4,Autoreload);
/*设置音量*/
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_2,volume);
/*情况计算值*/
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4,0);
}
u32 paly_delay_ms=0;
void my_buzzer_play()
{
static u8 last_flg=255;//记录上一首歌
/*歌曲切换*/
if(last_flg!=music_t.now_flg)
{
music_t.now_len=0;
music_code_get(music_t.now_flg);
last_flg=mymusic_t.now_flg;
}
if(music_t.now_flg==0)
{
passive_buzzer_set(0);
return;
}
if(paly_delay_ms==0)
{
paly_delay_ms=music_t.t_each*music_t.t[music_t.now_len];
passive_buzzer_set(music_t.f[music_t.now_len]);
if(music_t.now_len>=(music_t.len-1))
{
music_t.now_len=0;
}else
{
music_t.now_len++;
}
}else
{
paly_delay_ms--;
}
}
/*定时器1ms中断*/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM2)
{
buzzer_play();
}
}
tim.c
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file tim.c
* @brief This file provides code for the configuration
* of the TIM instances.
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "tim.h"
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
TIM_HandleTypeDef htim2;
TIM_HandleTypeDef htim4;
/* TIM2 init function */
void MX_TIM2_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 */
/* USER CODE END TIM2_Init 0 */
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 */
/* USER CODE END TIM2_Init 1 */
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 7200-1;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 9;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */
/* USER CODE END TIM2_Init 2 */
}
/* TIM4 init function */
void MX_TIM4_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 0 */
/* USER CODE END TIM4_Init 0 */
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 1 */
/* USER CODE END TIM4_Init 1 */
htim4.Instance = TIM4;
htim4.Init.Prescaler = 9-1;
htim4.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim4.Init.Period = 65535-1;
htim4.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim4.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim4) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim4, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim4) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim4, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse = 0;
sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim4, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN TIM4_Init 2 */
/* USER CODE END TIM4_Init 2 */
HAL_TIM_MspPostInit(&htim4);
}
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
if(tim_baseHandle->Instance==TIM2)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 0 */
/* USER CODE END TIM2_MspInit 0 */
/* TIM2 clock enable */
__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
/* TIM2 interrupt Init */
HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
/* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 1 */
/* USER CODE END TIM2_MspInit 1 */
}
else if(tim_baseHandle->Instance==TIM4)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspInit 0 */
/* USER CODE END TIM4_MspInit 0 */
/* TIM4 clock enable */
__HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();
/* TIM4 interrupt Init */
HAL_NVIC_SetPriority(TIM4_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn);
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspInit 1 */
/* USER CODE END TIM4_MspInit 1 */
}
}
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(timHandle->Instance==TIM4)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/**TIM4 GPIO Configuration
PB7 ------> TIM4_CH2
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
}
}
void HAL_TIM_Base_MspDeInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
if(tim_baseHandle->Instance==TIM2)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 0 */
/* USER CODE END TIM2_MspDeInit 0 */
/* Peripheral clock disable */
__HAL_RCC_TIM2_CLK_DISABLE();
/* TIM2 interrupt Deinit */
HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM2_IRQn);
/* USER CODE BEGIN TIM2_MspDeInit 1 */
/* USER CODE END TIM2_MspDeInit 1 */
}
else if(tim_baseHandle->Instance==TIM4)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspDeInit 0 */
/* USER CODE END TIM4_MspDeInit 0 */
/* Peripheral clock disable */
__HAL_RCC_TIM4_CLK_DISABLE();
/* TIM4 interrupt Deinit */
HAL_NVIC_DisableIRQ(TIM4_IRQn);
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspDeInit 1 */
/* USER CODE END TIM4_MspDeInit 1 */
}
}
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
谢谢支持~
