基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)源蜂鳴器控制

前言

前篇教程我們已經(jīng)介紹了如何控制51 單片機(jī)的IO 口輸出高低電平，本章我們通過(guò)另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)講述51單片機(jī)IO口的輸出。通過(guò)單片機(jī)的一個(gè)IO口控制板載無(wú)源蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器控制。學(xué)習(xí)可以參考前面LED實(shí)驗(yàn)教程內(nèi)容。

一、蜂鳴器介紹

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。

壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5~15V 直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～5kHZ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。

電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。

其實(shí)一句話就可概括它們之間的區(qū)別，想要壓電式蜂鳴器發(fā)聲，需提供一定頻率的脈沖信號(hào)；想要電磁式蜂鳴器發(fā)聲，只需提供電源即可。

我們開(kāi)發(fā)板上使用的蜂鳴器是無(wú)源蜂鳴器，屬于壓電式蜂鳴器類型。這里說(shuō)的有源和無(wú)源，并不是指電源的意思，而是指蜂鳴器內(nèi)部是否含有振蕩電路，有源蜂鳴器內(nèi)部自帶振蕩電路，只需提供電源即可發(fā)聲，而無(wú)源蜂鳴器則需提供一定頻率的脈沖信號(hào)才能發(fā)聲，頻率大小通常在1.5-5KHz 之間。

對(duì)于無(wú)源蜂鳴器，如果改變頻率就可以調(diào)節(jié)蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。如果改變輸出電平的高低電平占空比，則可以改變蜂鳴器的聲音大小。

對(duì)于有源蜂鳴器，通常內(nèi)部已經(jīng)固定了頻率，對(duì)于調(diào)節(jié)頻率或占空比可能改變不了蜂鳴器的音調(diào)和音量，當(dāng)然也有的有源蜂鳴器可以實(shí)現(xiàn)和無(wú)源蜂鳴器一樣的效果。

二、硬件設(shè)計(jì)

在前面章節(jié)中我們已經(jīng)對(duì)51 單片機(jī)的GPIO 做了簡(jiǎn)單介紹，并且還使用了其中IO 口直接控制開(kāi)發(fā)板上的LED。對(duì)于本章要實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的控制，我們能否直接使用單片機(jī)的IO 口驅(qū)動(dòng)呢？答案是否定的，因?yàn)?1 單片機(jī)IO 口的驅(qū)動(dòng)能力較弱（即使外接上拉電阻），而蜂鳴器驅(qū)動(dòng)需要約30mA，所以非常困難，即使可以驅(qū)動(dòng)，那對(duì)于整個(gè)芯片的其它IO 剩下驅(qū)動(dòng)能力就更加弱甚至無(wú)法工作。所以我們不會(huì)直接使用IO 口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，而是通過(guò)三極管把電流放大后再驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，這樣51 單片機(jī)的IO 口只需要提供不到1mA 的電流就可控制蜂鳴器。所以我們也經(jīng)常說(shuō)到51 單片機(jī)是用來(lái)做控制的，而不是驅(qū)動(dòng)。

我們開(kāi)發(fā)板上的蜂鳴器模塊電路如下圖所示：

從圖中可以看出，蜂鳴器模塊獨(dú)立，J7 端子可接任意IO 控制，因此可直接連接到51 單片機(jī)的P2.5 管腳上。圖中使用三極管進(jìn)行電流放大，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，當(dāng)P2.5 輸出高電平，三極管截止，蜂鳴器不得電；當(dāng)P25 輸出低電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器得電。

開(kāi)發(fā)板上使用的是無(wú)源蜂鳴器，它需要一定頻率的脈沖（高低電平）才會(huì)發(fā)聲，因此需要讓P25 腳以一定頻率不斷輸出高低電平信號(hào)才能控制蜂鳴器發(fā)出聲音。

三、軟件設(shè)計(jì)

我們所要實(shí)現(xiàn)的功能是：讓蜂鳴器發(fā)出聲音，一段時(shí)間后再關(guān)閉，即讓P2.5管腳輸出一定頻率的脈沖信號(hào)（高低電平）控制無(wú)源蜂鳴器。

#include< reg52.h >


typedef 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 文件內(nèi)代碼非常少也很簡(jiǎn)單，首先將51 單片機(jī)的頭文件包含進(jìn)來(lái)，然后使用sbit關(guān)鍵字來(lái)定義P2.5 管腳，定義好后即可使用BEEP 來(lái)替代P2.5口的操作。主函數(shù)功能非常簡(jiǎn)單，直接進(jìn)入while 循環(huán)，在循環(huán)內(nèi)再次套用了一個(gè)while 循環(huán)，只不過(guò)這里并非死循環(huán)，而是通過(guò)變量i 值來(lái)決定何時(shí)退出，i值初始化為2000，即該循環(huán)會(huì)執(zhí)行2000 次，此循環(huán)內(nèi)不斷對(duì)BEEP 取反，然后延時(shí)一定時(shí)間，即P2.5 間隔一定時(shí)間輸出高低電平，這樣就會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)i 值遞減到0 時(shí)則退出while 循環(huán)，然后將i 值清零，且將BEEP 輸出0。若修改變量i 的值可以改變蜂鳴器發(fā)聲時(shí)間。

若要改變音調(diào)可以修改延時(shí)時(shí)間，但要注意頻率不能太大或者太小，具體大家可以試著調(diào)試。若要改變音量，可以修改BEEP 輸出高電平時(shí)間，如下：

BEEP=1;
delay_10us(190);
BEEP=0;
delay_10us(10);