前言
前篇教程我们已经介绍了如何控制51 单片机的IO 口输出高低电平,本章我们通过另外一个实验来讲述51单片机IO口的输出。通过单片机的一个IO口控制板载无源蜂鸣器,实现蜂鸣器控制。学习可以参考前面LED实验教程内容。
一、蜂鸣器介绍
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成,当接通电源后(1.5~15V 直流工作电压),多谐振荡器起振,输出1.5~5kHZ 的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场,振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。
其实一句话就可概括它们之间的区别,想要压电式蜂鸣器发声,需提供一定频率的脉冲信号;想要电磁式蜂鸣器发声,只需提供电源即可。
我们开发板上使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器,属于压电式蜂鸣器类型。这里说的有源和无源,并不是指电源的意思,而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路,有源蜂鸣器内部自带振荡电路,只需提供电源即可发声,而无源蜂鸣器则需提供一定频率的脉冲信号才能发声,频率大小通常在1.5-5KHz 之间。
对于无源蜂鸣器,如果改变频率就可以调节蜂鸣器音调,产生各种不同音色、音调的声音。如果改变输出电平的高低电平占空比,则可以改变蜂鸣器的声音大小。
对于有源蜂鸣器,通常内部已经固定了频率,对于调节频率或占空比可能改变不了蜂鸣器的音调和音量,当然也有的有源蜂鸣器可以实现和无源蜂鸣器一样的效果。
二、硬件设计
在前面章节中我们已经对51 单片机的GPIO 做了简单介绍,并且还使用了其中IO 口直接控制开发板上的LED。对于本章要实现蜂鸣器的控制,我们能否直接使用单片机的IO 口驱动呢?答案是否定的,因为51 单片机IO 口的驱动能力较弱(即使外接上拉电阻),而蜂鸣器驱动需要约30mA,所以非常困难,即使可以驱动,那对于整个芯片的其它IO 剩下驱动能力就更加弱甚至无法工作。所以我们不会直接使用IO 口驱动蜂鸣器,而是通过三极管把电流放大后再驱动蜂鸣器,这样51 单片机的IO 口只需要提供不到1mA 的电流就可控制蜂鸣器。所以我们也经常说到51 单片机是用来做控制的,而不是驱动。
我们开发板上的蜂鸣器模块电路如下图所示:
从图中可以看出,蜂鸣器模块独立,J7 端子可接任意IO 控制,因此可直接连接到51 单片机的P2.5 管脚上。图中使用三极管进行电流放大,从而驱动蜂鸣器,当P2.5 输出高电平,三极管截止,蜂鸣器不得电;当P25 输出低电平,三极管导通,蜂鸣器得电。
开发板上使用的是无源蜂鸣器,它需要一定频率的脉冲(高低电平)才会发声,因此需要让P25 脚以一定频率不断输出高低电平信号才能控制蜂鸣器发出声音。
三、软件设计
我们所要实现的功能是:让蜂鸣器发出声音,一段时间后再关闭,即让P2.5管脚输出一定频率的脉冲信号(高低电平)控制无源蜂鸣器。
#includetypedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8; sbit BEER=P2^5;void delay_10us(u16 ten_us){ while(ten_us--); }void main(){ u16 i=2000; while(1) { while(i!=0) { BEER=!BEER; i--; } i=0; BEER=0; } }
main.c 文件内代码非常少也很简单,首先将51 单片机的头文件包含进来,然后使用sbit关键字来定义P2.5 管脚,定义好后即可使用BEEP 来替代P2.5口的操作。主函数功能非常简单,直接进入while 循环,在循环内再次套用了一个while 循环,只不过这里并非死循环,而是通过变量i 值来决定何时退出,i值初始化为2000,即该循环会执行2000 次,此循环内不断对BEEP 取反,然后延时一定时间,即P2.5 间隔一定时间输出高低电平,这样就会产生脉冲信号控制蜂鸣器发出声音,当i 值递减到0 时则退出while 循环,然后将i 值清零,且将BEEP 输出0。若修改变量i 的值可以改变蜂鸣器发声时间。
若要改变音调可以修改延时时间,但要注意频率不能太大或者太小,具体大家可以试着调试。若要改变音量,可以修改BEEP 输出高电平时间,如下:
BEEP=1;delay_10us(190);BEEP=0;delay_10us(10);
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