## 一、原理：为什么用 PWM 驱动无源蜂鸣器？ 无源蜂鸣器内部没有振荡源，必须施加特定频率的方波才能发声。而 STM32 的定时器 PWM 模式可以精确产生所需频率的方波，且不占用 CPU 忙等。 - **频率决定音调**：每个音符对应一个基频，例如 A4（中音 la）为 440Hz。 - **占空比影响音量**：通常占空比 50% 时响度最大，但也可通过调节占空比改变音色。 - **PWM 输出**：通过定时器自动翻转 GPIO 电平，无需中断干预，适合播放连续音符。 ## 二、STM32 PWM 配置步骤（以 TIM2 CH1 为例） 假设主频 72MHz，使用 PB0 作为 PWM 输出引脚，我们配置 TIM2 产生 1kHz 方波。 ### 1. 使能 GPIO 和定时器时钟 ```c RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); ``` ### 2. 配置 GPIO 复用推挽输出 ```c GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); ``` ### 3. 配置定时器时基与 PWM 模式 ```c TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // 自动重装载值，决定频率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 预分频：72MHz/72=1MHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // 占空比 50% TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); ``` > 频率计算：`Fpwm = 72MHz / ((Prescaler+1)*(Period+1))`。本例中 = 72e6 / (72 * 1000) = 1000Hz。 ## 三、音符频率与延时播放原理 音乐播放的关键是将每个音符的持续时间映射为延时。首先定义一个音符频率表： ```c // 低音 4~7、中音 1~7、高音 1~7 的频率（Hz） const uint16_t tone_table[] = { 262, 294, 330, 349, 392, 440, 494, // C4~B4 523, 587, 659, 698, 784, 880, 988, // C5~B5 1047, 1175, 1319, 1397, 1568, 1760, 1976 // C6~B6 }; ``` 播放时，先更新定时器周期和占空比，使 PWM 输出目标频率，然后延时对应节拍时间，最后停止输出（占空比设为 0）。 ### 更新频率函数 ```c void Buzzer_Set_Freq(uint16_t freq) { if (freq == 0) { TIM_SetCompare1(TIM2, 0); // 静音 return; } uint32_t period = 1000000 / freq; // 计数器频率为 1MHz，故周期值 = 1e6/freq TIM_SetAutoreload(TIM2, period - 1); TIM_SetCompare1(TIM2, (period - 1) / 2); // 50% 占空比 } ``` ## 四、完整代码示例：播放《小星星》 以下代码演示通过延时方式播放一段简单旋律，每段音符播放后均停止发声。 ```c #include "stm32f10x.h" #include "delay.h" void Buzzer_Init(void) { // 略：RCC、GPIO、TIM2 PWM 初始化，同上述步骤 } void Buzzer_Set_Freq(uint16_t freq) { if (freq == 0) { TIM_SetCompare1(TIM2, 0); return; } uint32_t period = 1000000 / freq; TIM_SetAutoreload(TIM2, period - 1); TIM_SetCompare1(TIM2, (period - 1) / 2); } // 音符定义：0 为休止符 #define N_C4 262 #define N_D4 294 #define N_E4 330 #define N_F4 349 #define N_G4 392 #define N_A4 440 #define N_B4 494 #define N_C5 523 // 乐谱：音符、节拍（单位：延时基础长度） const uint16_t score[][2] = { {N_C4, 1}, {N_C4, 1}, {N_G4, 1}, {N_G4, 1}, {N_A4, 1}, {N_A4, 1}, {N_G4, 2}, {N_F4, 1}, {N_F4, 1}, {N_E4, 1}, {N_E4, 1}, {N_D4, 1}, {N_D4, 1}, {N_C4, 2}, {0, 1} }; void Play_Music(void) { uint8_t i; for (i = 0; i < sizeof(score)/sizeof(score[0]); i++) { Buzzer_Set_Freq(score[i][0]); delay_ms(400 * score[i][1]); // 每个节拍 400ms Buzzer_Set_Freq(0); // 短暂停顿增加颗粒感 delay_ms(50); } } int main(void) { delay_init(); Buzzer_Init(); while (1) { Play_Music(); delay_ms(2000); } } ``` ## 五、延时播放的注意事项 - **延时阻塞 CPU**：使用 `delay_ms` 播放期间无法响应其他任务，适合简单应用；若需并发，应改用定时器中断或 RTOS。 - **频率切换瞬间**：改变自动重装载值时，可能会产生短暂毛刺，建议先停止定时器或设置预装载，再修改值。 - **音准误差**：定时器计数频率和预分频值需根据实际系统时钟调整，确保 1MHz 计数频率准确。 - **音量控制**：若需要调节音量，可修改 `TIM_SetCompare1` 的值，但注意过小占空比可能导致蜂鸣器驱动不足。 - **长时播放发热**：持续高音量发声会加速蜂鸣器老化，可考虑降低占空比或加入间歇。 ## 六、扩展：非阻塞播放思路 若需在播放音乐的同时控制 LED 或读取按键，可借助定时器中断：每 10ms 中断一次，在中断中计数节拍时间并更新 PWM 频率。这样主循环仅负责状态切换，实现伪多任务。 ```c // 伪代码示意：定时器中断服务函数 void TIM3_IRQHandler(void) { if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update)) { // 处理音符时长计数，并调用 Buzzer_Set_Freq() TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); } } ``` ## 七、总结 通过 STM32 定时器的 PWM 输出配合延时控制，可以轻松实现无源蜂鸣器的音乐播放。核心在于掌握频率与音符的换算关系，以及合理更新定时器参数。延时播放虽然简单直观，但适用于对实时性要求不高的场景；更高阶的应用应使用中断或 DMA 驱动。希望本文能帮助你在项目中快速实现蜂鸣器发声功能。