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【PWM】无源蜂鸣器播放音乐

下载例程代码：

下载代码(CubeIDE)

下载代码(Keil)

注意

CubeIDE：请按照 例程使用方法🔗 导入例程，否则下载的可能不是例程而是其他工程。

Keil：请使用 ArmCC V6 编译，否则可能会出现编译错误。点击此处查看切换编译器方法🔗

前置知识

请参考视频教程 STM32】使用蜂鸣器播放美妙旋律~与文档【PWM】无源蜂鸣器

如何使用例程

下载程序，即可听到效果

程序效果

  • 烧录例程后，按下 KEY1 会开始使用无源蜂鸣器播放《莫愁乡》的曲子，再次按下KEY1会暂停播放
  • 可以尝试修改例程代码，播放其他曲子

例程讲解

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置

  • 开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator
  • 配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz
  • 分配引脚
  • 在Pinout&Configuration页面，配置如下引脚
    • 将PB9配置为TIM4_CH4，
    • 将PB12设置为GPIO_Input，并分别设置User Label为KEY1
  • 配置TIM4：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM4
    • 勾选 Internal Clock，开启 TIM4 的内部时钟源
    • Configuration -> Mode，将 Channel4 配置为 PWM Generation CH4
    • Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings，将 Prescaler 配置为 72-1

2、代码

  • 1. 定义不同每个音调的频率
    这里定义了低音、中音和高音的各7中音符的频率，使用宏定义来表示每个音符的频率。 主要，这里的低中高音频率是基于标准音高的，小伙伴们如果需要其他音高的音符，可以自行查询相应音高的频率后修改这些宏定义。
C语言
1 /* USER CODE BEGIN Includes */
2  #include "main.h"
3  #include "stm32f1xx_hal.h"
4```c
5  /* USER CODE BEGIN PD */
6  #define P0 0// 休止符频率
7

8  #define L1 262  // 低音频率
9  #define L2 294
10  #define L3 330
11  #define L4 349
12  #define L5 392
13  #define L6 440
14  #define L7 494
15

16  #define M1 523  // 中音频率
17  #define M2 587
18  #define M3 659
19  #define M4 698
20  #define M5 784
21  #define M6 880
22  #define M7 988
23

24  #define H1 1047 // 高音频率
25  #define H2 1175
26  #define H3 1319
27  #define H4 1397
28  #define H5 1568
29  #define H6 1760
30  #define H7 1976
  • 2. 定义结构体，存储歌曲中每个音符的频率与持续时间
C语言
1typedef struct
2  {
3      uint16_t frequency; // 音符频率
4      float period; // 音符持续时间，单位为拍
5  } Bate;
  • 3. 定义歌曲的音符
    定义一个Bate数组，存储一首歌的每个音符的持续时间。(最近我比较喜欢《莫愁乡》，所以这里以《莫愁乡》为例)
    本文后面会介绍如何将其他歌曲转换为这种格式的音符数组
C语言
1  const Bate MoChouXiang[] = {
2    // 我被困在了
3    {M6, 1}, {M5, 1}, {M3, 1}, {M5, 0.5f}, {M5, 0.5f},
4    // 这片混沌 柳暗
5    {M6, 0.5f}, {M5, 1}, {M5, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f},
6    // 花明 一村一村一村
7    {M2, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M5, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M2, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M5, 0.5f}, {M3, 0.5f},
8    // 一村又一村
9    {M2, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {L7, 0.5f}, {M3, 1}, {M1, 1},
10    // 不能理顺我
11    {M2, 1}, {M3, 1}, {M2, 1}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f},
12    
13    // ......
14    
15    // 娃儿抬头望
16    {M3, 0.5f}, {M2, 0.5f}, {M2, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M2, 1.5f},
17    // 姥姥在天上
18    {M1, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M2, 0.5f}, {M3, 0.5f}, {M2, 1}, {M1, 1},
19  };
  • 4. 计算定时器计数频率
    因为我们需要知道定时器的频率来计算PWM的频率，因而封装了一个函数来计算定时器的计数频率。
    当然不优雅的方法是在程序里写死，因为我们知道用的定时器是TIM4，且Prescaler配置为72-1，那么定时器的计数频率就是72MHz / 72 = 1MHz
    不理解程序里为何×2的小伙伴请复习【STM32】超清晰STM32时钟树动画讲解
C语言
1 /**
2  * 计算定时器计数频率
3  */
4  uint32_t TIM_GetCounterFreq(TIM_HandleTypeDef *htim) {
5      uint32_t timer_clock;
6      // 高级定时器是APB2
7      if (htim->Instance == TIM1) {
8          timer_clock = HAL_RCC_GetPCLK2Freq();
9          // 如果APB分频不为1，定时器时钟会翻倍
10          if (HAL_RCC_GetPCLK2Freq() != (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1)) {
11              timer_clock *= 2;
12          }
13      } else {
14        // 其他定时器是APB1
15          timer_clock = HAL_RCC_GetPCLK1Freq();
16          // 如果APB分频不为1，定时器时钟会翻倍
17          if (HAL_RCC_GetPCLK1Freq() != (HAL_RCC_GetHCLKFreq() / 1)) {
18              timer_clock *= 2;
19          }
20      }
21

22      uint32_t prescaler = htim->Instance->PSC;
23      return timer_clock / (prescaler + 1);
24  }
25

265.在while循环中检测按键并遍历数组播放其中的音符
27  /* USER CODE BEGIN 2 */
28  // 开始PWM输出
29  HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_4);
30  // TIM4的计数频率
31  uint32_t timFrequency = TIM_GetCounterFreq(&htim4);
32  // 播放状态
33  uint8_t playState = 0;
34  // 播放进度
35  uint32_t playIndex = 0;
36  // 节拍速度(每分钟多少拍)
37  uint8_t bpm = 132;
38  // 每拍的持续时间
39  float noteDuration = 1000 * 60 / bpm;
40  /* USER CODE END 2 */
41

42  /* Infinite loop */
43  /* USER CODE BEGIN WHILE */
44  while (1)
45  {
46    // 按键检测，切换播放与暂停
47    if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
48      HAL_Delay(10);
49      if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
50        playState = !playState;
51        while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET);
52      }
53    }
54    // 播放
55    if (playState){
56      const Bate bate = MoChouXiang[playIndex];
57      if (bate.frequency == P0) {
58        // 休止符
59        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 0);
60      } else {
61        // 将频率转换为计数值, 设置到自动重装载寄存器
62        uint32_t arr = timFrequency / bate.frequency;
63        __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim4,arr);
64        // 设置占空比为20%
65        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, arr / 5); // 20%占空比
66        // 从0开始计数 重置PWM波形
67        __HAL_TIM_SetCounter(&htim4, 0);
68      }
69      // 延时该音符的持续时间 (5ms的空白以区分连续两个相同的音符)
70      HAL_Delay((uint32_t) (bate.period * noteDuration) - 5);
71      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 0);
72      HAL_Delay(5);
73

74      // 下一个音符
75      playIndex++;
76      // 播放结束
77      if (playIndex >= sizeof(MoChouXiang)){
78        playState = 0;
79        playIndex = 0;
80      }
81    }else{
82      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 0);
83    }

如何把其他歌曲转换为音符数组

首先需要从网上找到这首歌曲的简谱，例如莫愁乡的简谱如下：

1. 基本信息

在简谱中的 4/4 下面的4表示以四分音符为一个拍，上面的4表示每小节4拍。

然后bmp是指曲子的速度，单位是每分钟多少拍，这里的132就表示每分钟132拍。

我们的程序中就有bmp变量，可以通过修改这个变量来调整曲子的速度。

2. 高低中音

一半的数字我们都认为是中音，1 2 3使用M1 M2 M3宏定义的频率即可，如若数字下有·，则表示低音，我们使用L1 L2 L3宏定义的频率， 若数字上有·，则表示高音，我们使用H1 H2 H3宏定义的频率。

3. 音符的持续时间

在简谱中，一个普通的，下面没有带横线的数字，就是一个四分音符，持续1拍的时间。

例如谱子刚上来的 6 5 3 就是3个四分音符，分别是6、5、3，每个音符持续1拍。所以转换到程序中就是：

C语言
1  {M6, 1}, {M5, 1}, {M3, 1},

而如果数字下面有一根横线，就表示这个音符是一个八分音符，持续的时间便是四分音符的一半，也就是0.5拍。

例如第一句的后面的 5 5 就是两个八分音符，持续0.5拍，所以转换到程序中就是：

C语言
1{M5, 0.5f}, {M5, 0.5f},

而假若数字下面带有两个横线，就表示这个音符是一个十六分音符，持续的时间便是四分音符的四分之一，也就是0.25拍。 同理，若数字下有三个横线，则表示三十二分音符，持续的时间便是四分音符的八分之一，也就是0.125拍。

例如简谱中“呼吸声”三个字对应的 1 3 5，其中1 3下有三个横线 5下有两个横线，转换到程序中就是：

C语言
1  {M1, 0.125f}, {M3, 0.125f}, {M5, 0.25f},

假若数字后有•，则表示这个音符延长半拍，也就是四分音符的1.5倍时间。例如“不能理顺我自己的疑问”中的“疑”对应的音符5•，转换到程序中就是：

C语言
1  {M5, 1.5f},

而若数字后有横杠-，则表示音频延长一拍，也就是四分音符的2倍时间。而且延音符号可以叠加，例如数字后面若有--•，则表示延长2.5拍。

4. 耐心

按照以上规则，就可以将简谱转换为程序中的音符数组了~ 扒谱是一个比较繁琐的工作，小伙伴要有耐心和细心哦~