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STM32蜂鸣器播放音乐

STM32蜂鸣器播放音乐 Do, Re, Mi, Fa,

1. 功能概述

本系统基于STM32F7系列微控制器，实现了以下功能：

  1. 通过7个按键控制蜂鸣器发声，按键对应不同的音符。
  2. 每个按键对应一个音符（Do, Re, Mi, Fa, Sol, La, Si），按下按键时蜂鸣器播放对应音符的声音。
  3. 利用PWM技术控制蜂鸣器发声频率，实现不同音符的效果。
  4. 按键松开时蜂鸣器停止发声，防止连续触发。

在这里插入图片描述

2. 硬件接线

2.1 按键与GPIO连接

系统使用STM32F7的GPIOB端口，连接7个按键，其中：

  • 按键1: GPIO_PIN_0
  • 按键2: GPIO_PIN_1
  • 按键3: GPIO_PIN_3
  • 按键4: GPIO_PIN_4
  • 按键5: GPIO_PIN_5
  • 按键6: GPIO_PIN_6
  • 按键7: GPIO_PIN_7

每个按键的另一端连接到地(GND)，GPIO引脚配置为上拉输入模式（GPIO_PULLUP）。

2.2 蜂鸣器与GPIO连接

蜂鸣器通过GPIOA的PA6引脚与STM32连接：

  • PA6配置为TIM3_CH1通道的PWM输出。
  • 蜂鸣器的一端连接到PA6，另一端连接到GND。

2.3 电源

  • STM32主控板通过USB供电。
  • 所有按键和蜂鸣器的电源均由STM32供电。

3. 软件实现原理

3.1 功能模块

软件设计主要包含以下功能模块：

3.1.1 PWM模块
  • 利用定时器TIM3的PWM功能产生控制蜂鸣器的信号。
  • 根据不同音符的频率设置PWM的周期（ARR）值，调整占空比控制音量。
3.1.2 按键扫描模块
  • 周期性读取GPIOB的引脚状态，判断按键是否按下。
  • 通过数组 KeyStatus[] 保存每个按键的状态（按下为1，松开为0）。
3.1.3 音符播放模块
  • 根据按键状态决定是否播放音符。
  • 使用Play_Tone()函数设置PWM频率并播放音符。
  • 使用Stop_Tone()函数停止蜂鸣器播放。

3.2 软件流程

3.2.1 主程序流程

主程序主要流程如下：

  1. 初始化系统时钟和HAL库。
  2. 配置GPIO用于按键输入和蜂鸣器输出。
  3. 初始化TIM3定时器的PWM功能。
  4. 主循环中：
    • 调用按键扫描函数Keypad_Read()更新按键状态。
    • 检查每个按键状态，对应播放音符。
    • 播放音符后延时一定时间避免重复触发。
    • 调用Stop_Tone()停止蜂鸣器播放。
3.2.2 按键扫描流程

按键扫描采用循环遍历方式：

  1. 定义GPIOB引脚的数组 pins[]，保存每个按键对应的GPIO引脚。
  2. 遍历引脚数组，调用HAL_GPIO_ReadPin()读取每个按键状态。
  3. 如果引脚电平为低（GPIO_PIN_RESET），表示按键被按下。
  4. 更新 KeyStatus[] 数组。
3.2.3 音符播放流程

音符播放利用PWM实现：

  1. 根据音符频率计算PWM的自动重装载值（ARR）。
  2. 调用__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD()更新TIM3的ARR值。
  3. 调用__HAL_TIM_SET_COMPARE()设置占空比。
  4. 开始PWM输出，蜂鸣器发声。
  5. 延时指定时间后停止PWM输出。

主函数代码：

#include "stm32f7xx.h"
#include "main.h"
#include "./tim/bsp_basic_tim.h"
#include "./led/bsp_led.h"
#include "./usart/bsp_usart.h"
#include "./beep_music/beep_music.h"
TIM_HandleTypeDef htimx; // 定义一个全局定时器句柄void SystemClock_Config(void);
void PWM_Init(void);
void Set_PWM_Frequency(uint32_t frequency);
void Play_Music(int *tune, float *duration, int length);
/*** @brief  主函数* @param  无* @retval 无*/
int main(void) 
{/* 初始化系统时钟为216MHz */SystemClock_Config();/* 初始化LED */LED_GPIO_Config();/* 初始化基本定时器定时，1s产生一次中断 *///TIMx_Configuration();PWM_Init();               // 初始化 PWM//	int length = sizeof(tune) / sizeof(tune[0]); // 获取音符数量
//    Play_Music(tune, duration, length);play_music();	while(1){   }
}/*** @brief  System Clock 配置*         System Clock 配置如下 : *         System Clock source            = PLL (HSE)*         SYSCLK(Hz)                     = 216000000*         HCLK(Hz)                       = 216000000*         AHB Prescaler                  = 1*         APB1 Prescaler                 = 4*         APB2 Prescaler                 = 2*         HSE Frequency(Hz)              = 25000000*         PLL_M                          = 25*         PLL_N                          = 432*         PLL_P                          = 2*         PLL_Q                          = 9*         VDD(V)                         = 3.3*         Main regulator output voltage  = Scale1 mode*         Flash Latency(WS)              = 7* @param  无* @retval 无*/
void SystemClock_Config(void)
{RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;/* 使能HSE，配置HSE为PLL的时钟源，配置PLL的各种分频因子M N P Q * PLLCLK = HSE/M*N/P = 25M / 25 *432 / 2 = 216M*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 432;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 9;ret = HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);if(ret != HAL_OK){while(1) { ; }}/* 激活 OverDrive 模式以达到216M频率  */  ret = HAL_PWREx_EnableOverDrive();if(ret != HAL_OK){while(1) { ; }}/* 选择PLLCLK作为SYSCLK，并配置 HCLK, PCLK1 and PCLK2 的时钟分频因子 * SYSCLK = PLLCLK     = 216M* HCLK   = SYSCLK / 1 = 216M* PCLK2  = SYSCLK / 2 = 108M* PCLK1  = SYSCLK / 4 = 54M*/RCC_ClkInitStruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; /* 在HAL_RCC_ClockConfig函数里面同时初始化好了系统定时器systick，配置为1ms中断一次 */ret = HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_7);if(ret != HAL_OK){while(1) { ; }}  
}/*** @brief 配置系统时钟* @retval 无*//*** @brief 初始化 PWM* @retval 无*/
void PWM_Init(void)
{// 开启定时器和 GPIO 时钟__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();  // 使用 TIM3 作为示例__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使用 GPIOA 作为示例// 配置 PWM 输出引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;       // 使用 PA6（TIM3_CH1）作为 PWM 输出GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽模式GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// 配置定时器htimx.Instance = TIM3;                        // 定时器实例为 TIM3htimx.Init.Prescaler = (SystemCoreClock / 1000000) - 1; // 定时器频率分频到 1MHz (1μs 精度)htimx.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;  // 向上计数模式htimx.Init.Period = 1000 - 1;                 // 默认周期，产生 1kHz 方波htimx.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htimx.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;HAL_TIM_PWM_Init(&htimx);                     // 初始化定时器 PWM// 配置 PWM 通道TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;           // PWM 模式 1sConfigOC.Pulse = 500;                        // 默认占空比 50%sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;   // 高电平有效sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htimx, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); // 配置通道 1// 启动 PWM 输出HAL_TIM_PWM_Start(&htimx, TIM_CHANNEL_1);
}/*** @brief 设置 PWM 输出频率* @param frequency 频率 (Hz)* @retval 无*/
void Set_PWM_Frequency(uint32_t frequency)
{if (frequency == 0) // 如果频率为 0，停止 PWM 输出{__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimx, TIM_CHANNEL_1, 0);return;}uint32_t period = 1000000 / frequency; // 周期 = 1秒(1000000us) / 频率__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htimx, period - 1); // 设置自动重装载值__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimx, TIM_CHANNEL_1, period / 2); // 设置占空比为 50%
}/*** @brief 播放音乐* @param tune 音符数组* @param duration 音符持续时间数组* @param length 音符数量* @retval 无*/
void Play_Music(int *tune, float *duration, int length)
{for (int i = 0; i < length; i++){if (tune[i] == 0) // 如果音符为 0，停止播放，表示间隔{Set_PWM_Frequency(0); // 停止 PWM}else{Set_PWM_Frequency(tune[i]); // 设置音符对应的频率}HAL_Delay(duration[i] * 1000); // 持续时间（将秒转换为毫秒）}Set_PWM_Frequency(0); // 播放完成后停止 PWM
}/*********************************************END OF FILE**********************/

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