第十六章 蜂鸣器实验
上一章，我们介绍了STM32MP157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巩固IO口作为输出使用的操作方法，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。
本章将分为如下几个小节：
16.1、蜂鸣器简介；
16.2、硬件设计；
16.3、程序设计；
16.4、编译测试；
16.1 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，用作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
正点原子STM32MP157开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器，如图16.1.1所示：
图16.1. 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STM32MP1的IO口直接驱动LED灯，本章的蜂鸣器，我们能否直接用STM32MP157的IO口驱动呢？让我们来分析一下：
①STM32MP157的单个IO最大可以提供20mA电流（来自数据手册，如下图），而蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，如果直接将蜂鸣器接在IO口上，可能会烧毁IO。
②STM32MP157整个芯片的电流，最大也就140mA，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STM32MP1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STM32MP157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，出现的问题也就越少。
图16.1. 2数据手册部分截图
16.2 硬件设计
1. 例程功能
控制蜂鸣器每隔一段时间响或者停一次，当蜂鸣器响的时候，LED0亮，当蜂鸣器停的时候，LED0灭。
2. 硬件资源
LED0 | BEEP | 总线 |
PI0 | PC7 | AHB4 |
表16.2. 1硬件资源
3. 原理图
STM32mp157原理图中，LED0接在PI0上，LED1接在PF3上。蜂鸣器的驱动信号连接在STM32mp157的PC7上。如下图所示：
图16.2. 1与STM32MP157连接原理图
图16.2. 2蜂鸣器与STM32MP157连接原理图
图中我们用到一个PNP 型的三极管（S8550）来驱动蜂鸣器，R108主要用于防止蜂鸣器的误发声。当PC7输出低电平的时候，Q1导通，蜂鸣器发声，当PC7输出高电平的时候，Q1不导通，蜂鸣器停止发声。
16.3 程序设计
本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\ 3、M4裸机驱动例程\ MP157-M4 HAL库V1.2\实验5 蜂鸣器实验。
16.3.1 程序设计流程
本章节我们通过HAL库的API函数来驱动LED和蜂鸣器，实现蜂鸣器和LED0交替开启和关闭。实验程序的设计流程如下：
1）初始化HAL库
HAL_Init();
2）开启GPIOI和GPIOC时钟
__HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE()
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()
3）设置GPIO引脚电平
通过HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin设置GPIO口的电平。
4）实现LED0和BEEP电平以0和1交替变化
16.3.2 添加驱动文件
在上一章实验的基础上，我们在工程的Drivers\BSP\BEEP下新建beep.c和beep.h文件：
图16.3.2.1 新建beep.c和beep.h文件
新建好文件后，将beep.c文件和工程关联。
16.3.3 添加驱动代码
1. 添加beep.h文件代码
在beep.h文件中添加如下代码：
#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/* PC7引脚 定义 */
#define BEEP_GPIO_PORT GPIOC
#define BEEP_GPIO_PIN GPIO_PIN_7
/* GPIOC时钟使能 */
#define BEEP_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0)
/* 蜂鸣器引脚控制 */
#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)
/* 蜂鸣器引脚电平取反控制 */
#define BEEP_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN); }while(0)
void beep_init(void); /* BEEP初始化函数 */
#endif
以上代码很好理解，beep.h文件中调用HAL_GPIO_WritePin函数来对GPIO端口位写值，调用HAL_GPIO_TogglePin函数来对GPIO端口位取反。当x大于0的时候，设置端口位为1，蜂鸣器不响；当x小于0的时候，设置端口位为0，蜂鸣器响。
2. 添加beep.c文件代码
在beep.c文件中添加如下代码，完成蜂鸣器使用的引脚PC7的初始化，配置为推挽输出、上拉、高速模式，当调用beep_init函数时，默认关闭蜂鸣器。
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
/**
* @brief初始化蜂鸣器相关IO口, 并使能时钟
* @param无
* @retval无
*/
void beep_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
BEEP_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 蜂鸣器时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = BEEP_GPIO_PIN; /* 蜂鸣器引脚PC7 */
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_VERY_HIGH;/* 高速 */
HAL_GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化蜂鸣器引脚 */
BEEP(1); /* 关闭蜂鸣器 */
}
3. 添加main.c文件代码
mian.c文件代码如下：
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/BEEP/beep.h"
/**
* @brief主函数
* @param无
* @retval无
*/
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
led_init(); /* 初始化LED */
beep_init(); /* 初始化蜂鸣器 */
while(1)
{
LED0(0); /* 打开LED0 */
BEEP(0); /* 打开蜂鸣器 */
delay(100); /* 延时一段时间 */
LED0(1); /* 关闭LED0 */
BEEP(1); /* 关闭蜂鸣器 */
delay(100); /* 延时一段时间 */
}
}
16.4 编译测试
保存修改，编译无报错后进入仿真，运行后，蜂鸣器在滴答滴答响，LED0在闪烁，其中，当蜂鸣器响的时候，LED0是亮的，当蜂鸣器不响的时候，LED0是不亮的。