【51单片机系列】蜂鸣器使用一之蜂鸣器介绍
本文是关于蜂鸣器的相关介绍。
蜂鸣器是一种发声器件，分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器；根据内部是否有振荡电路，又分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。驱动蜂鸣器需要约30mA电流，可以通过UL2003芯片实现放大电流的作用。
一、 蜂鸣器介绍
蜂鸣器采用直流电压供电，蜂鸣器广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、骑车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
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(1.5V ~ 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。
- 电磁式蜂鸣器主要由振荡器、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，震动膜片在电磁线圈和磁铁的项胡作用下，周期性地震动发声。
总结就是，压电式蜂鸣器想要发声，提供一定频率的脉冲信号；电磁式蜂鸣器想要发声，只需要提供电源即可。
另外，根据蜂鸣器内部是否有振荡电路，又可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。
- 有源蜂鸣器内部自带振荡电路，只需提供电源即可发声；
- 无源蜂鸣器内部没有震荡电路，需要提供一个频率的脉冲信号才能发声，频率大小通常在1.5~5kHz。
蜂鸣器实物如下，可以看到蜂鸣器外部只有两个引脚，其中有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器(左侧图)，没有绿色电路板用胶封闭的一种是有源蜂鸣器(右侧图)。
蜂鸣器发出的声音可以是变化的。
- 通过改变单片机引脚输出波形的频率，可以调整蜂鸣器的音调，产生各种不同音色、音调的声音。
- 通过改变单片机引脚输出电平的高低电平占空比，就可以控制蜂鸣器的声音大小。
蜂鸣器硬件设计如下，其中一个引脚通过上拉电阻接到电源正极，另一个引脚连接单片机的输出端口。
二、 ULN2003芯片介绍
蜂鸣器驱动需要约30mA的电流，而51单片机IO口的驱动能力较弱，即使可以直接使用IO口驱动，对于整个芯片的其它IO驱动能力会更加弱甚至无法工作，所以通常不会直接使用51单片机的IO口驱动蜂鸣器，而是通过连接电流放大电路进行驱动。UL2003芯片可以起到放大电流的作用。
UL2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列继承电路。由7对NPN达林顿管组成，单个达林顿对的集电极电流是500mA。
UL2003的结构如下
逻辑框图如下
每对达林顿管示意图如下
通过达林顿管的示意图可以看到其内部使用了三极管。三极管会起到电流放大的作用，从而可以驱动蜂鸣器。
三极管工作原理参考：https://blog.csdn.net/qq_40078905/article/details/107399592。
UL2003仿真电路如下：
当P1^5输出高电平时，NPN三极管通过并放大电流，蜂鸣器得电；当P1 ^ 5输出低电平时，NPN三极管截止，蜂鸣器不得电。如果P1 ^ 5有一个一定频率的脉冲信号(即高低电平不断翻转)时，无源蜂鸣器发出声音。
对于有源蜂鸣器，可以参考以下电路设计：
通过470R电阻和PNP三极管进行电流放大，从而驱动蜂鸣器。10K电阻是一个上拉电阻，用来防止蜂鸣器误发声。
当BEEP输出低电平时，PNP三极管导通，蜂鸣器发声；当BEEP输出高电平时，PNP三极管截止，蜂鸣器停止发声。
三、总结
综上所述，直接使用单片机的IO引脚不能驱动蜂鸣器，需要通过放大电路驱动。
通常板子上的蜂鸣器模块是集成的，可以直接通过单片机管脚驱动。
对于无源蜂鸣器，需要一定频率的脉冲(即输出的高低电平不断翻转)才能发声；
对于有源蜂鸣器，根据设计电路，直接输出高电平或低电平即可。
