第十三章 蜂鸣器实验
上一章，我们介绍了STM32的IO口作为输出的使用。本章，我们将通过另外一个例子继续讲述STM32的IO口作为输出的使用，不同的是本章讲的不是用IO口直接驱动器件，而是通过三极管间接驱动。我们将利用一个IO口来控制板载的有源蜂鸣器。
本章分为如下几个小节：
13.1 蜂鸣器简介
13.2 硬件设计
13.3 程序设计
13.4 下载验证
13.1 蜂鸣器简介
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。
STM32H7R7开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图13.1.1所示：
图13.1.1 有源蜂鸣器
这里的有源不是指电源的“源”，而是指有没有自带震荡电路，有源蜂鸣器自带了震荡电路，一通电就会发声；无源蜂鸣器则没有自带震荡电路，必须外部提供2~5Khz左右的方波驱动，才能发声。
上一章，我们利用STM32的IO口直接驱动LED灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32的IO口驱动呢？让我们来分析一下：STM32H7R7的单个IO最大可以提供20mA电流（来自数据手册），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，两者十分相近，但是全盘考虑，STM32H7R7整个芯片的电流也是有限的，如果用IO口直接驱动蜂鸣器，其他地方用电就得省着点了，所以我们不用STM32H7R7的IO直接驱动蜂鸣器，而是通过三极管扩流后再驱动蜂鸣器，这样STM32H7R7的IO只需要提供不到1mA的电流就足够了。
IO口使用虽然简单，但是和外部电路的匹配设计，还是要十分讲究的，考虑越多，设计就越可靠，可能出现的问题也就越少。
13.2 硬件设计
1. 例程功能
蜂鸣器每隔500ms响或者停一次。LED0每隔500ms亮或者灭一次。LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0– PD14
2）蜂鸣器
BEEP– PE5
3. 原理图
蜂鸣器在硬件上是直接连接好了的，不需要经过任何设置，直接编写代码就可以了。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32H7R7的PE5上。如图13.2.1所示：
图13.2.1 蜂鸣器与STM32H7R7连接原理图
我们用一个NPN三极管（S8050）来驱动蜂鸣器，R68主要用于防止蜂鸣器的误发声。驱动信号通过R66和R68间的电压获得，芯片上电时默认电平为低电平，故上电时蜂鸣器不会直接响起，当PE5输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当PE5输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。
13.3 程序设计
本实验我们只是用到GPIO外设输出功能，关于HAL库的GPIO的API函数请看跑马灯实验的介绍。
13.3.1 程序解析
1. 蜂鸣器驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家光盘本实验对应源码。蜂鸣器（BEEP）驱动代码包括两个文件：beep.c和beep.h。
下面我们先解析beep.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。
l 蜂鸣器引脚定义
由硬件设计小节，我们知道驱动蜂鸣器的三极管在硬件上连接到PE5，类似跑马灯实验，我们做了下面的引脚定义。
/* 引脚 定义 */
#define BEEP_GPIO_PORT GPIOE
#define BEEP_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
/* PE口时钟使能 */
#define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();}while(0)
l 蜂鸣器操作函数定义
为了后续对蜂鸣器进行便捷的操作，我们为蜂鸣器操作函数做了下面的定义。
/* 蜂鸣器控制 */
#define BEEP(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)
/* BEEP状态翻转 */
#define BEEP_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);\
}while(0) /* BEEP = !BEEP */
BEEP(x)这个宏定义就是控制蜂鸣器的打开和关闭的。例如：如果要打开蜂鸣器，那么调用宏定义BEEP(1)即可，如果要关闭蜂鸣器，调用宏定义BEEP(0)即可。
BEEP_TOGGLE()是控制蜂鸣器进行翻转的。这里也利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。
下面我们再解析beep.c的程序，这里只有一个函数beep_init，这是蜂鸣器的初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief 初始化BEEP相关IO口, 并使能时钟
* @param 无
* @retval 无
*/
void beep_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
BEEP_GPIO_CLK_ENABLE(); /* BEEP时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN; /* 蜂鸣器引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; /* 高速 */
HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化蜂鸣器引脚 */
BEEP(0); /* 关闭蜂鸣器 */
}
对蜂鸣器的控制引脚模式设置为高速上拉的推挽输出。最后关闭关闭蜂鸣器，防止没有操作就响了。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：
int main(void)
{
sys_mpu_config(); /* 配置MPU */
sys_cache_enable(); /* 使能Cache */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(300, 6, 2); /* 配置时钟，600MHz */
delay_init(600); /* 初始化延时 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
led_init(); /* 初始化LED */
beep_init(); /* 初始化蜂鸣器 */
while (1)
{
LED0(0); /* 开启LED0 */
BEEP(1); /* 开启蜂鸣器 */
delay_ms(500); /* 延时500毫秒 */
LED0(1); /* 关闭LED0 */
BEEP(0); /* 关闭蜂鸣器 */
delay_ms(500); /* 延时500毫秒 */
}
}
首先初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化LED灯，调用beep_init函数初始化蜂鸣器。最后在无限循环里面实现LED0和蜂鸣器间隔500ms交替闪烁和打开关闭一次。
13.4 下载验证
下载完之后，可以看到LED0亮的时候蜂鸣器不叫，而LED0熄灭的时候，蜂鸣器叫（因为他们的有效信号相反）。间隔为0.5秒左右，符合预期设计。
至此，本章的学习就结束了。通过本章，我们进一步学习IO作为输出的使用方法，同时巩固了前面知识的学习。希望大家在开发板上实际验证一下，从而加深印象。