第2章蜂鸣器实验

第二章蜂鸣器实验

1. 导入

上一章，我们介绍了 STM32F4 的 IO 口作为输出的使用，这一章，我们将通过另外一个例子讲述 STM32F4 的 IO 口作为输出的使用。在本章中，我们将利用一个 IO 口来控制板载的有源蜂鸣器，实现蜂鸣器控制。

2. 蜂鸣器简介

探索者 STM32F4 开发板板载的蜂鸣器是电磁式的有源蜂鸣器：

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。

前面我们已经对 STM32F4 的 IO 做了简单介绍，上一章，我们就是利用 STM32 的 IO 口直接驱动 LED 的，本章的蜂鸣器，我们能否直接用 STM32 的 IO 口驱动呢？让我们来分析下： STM32F4 的单个 IO 最大可以提供 25mA 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， STM32F4 整个芯片的电流，最大也就 150mA，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 STM32F4 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 STM32F4 的 IO 只需要提供不到 1mA 的电流就足够了。

3. 硬件设计

本章需要使用到的硬件有：

指示灯DS0
蜂鸣器

DS0 在上一章已有介绍，而蜂鸣器在硬件上也是直接连接好了的，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 STM32F4 的 PF8 上。

屏幕截图 2024 09 05 165006

图中我们用到一个 NPN 三极管（S8050）来驱动蜂鸣器， R61 主要用于防止蜂鸣器的误发声。当 PF.8 输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当 PF.8 输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。

4. 软件设计

4.1 编程目标

LED初始化
驱动蜂鸣器

4.2 代码分析

上一章我们与标准库进行了比较，这一章作为基础，我们详细分析HAL库函数

LED宏定义

#ifndef _LED_H
#define _LED_H
#include "sys.h"

#define LED0 PFout(9)  // LED0
#define LED1 PFout(10) // LED1

void LED_Init(void);

#endif

LED0 和 LED1 是宏定义，代表对特定引脚（PF9 和 PF10）的访问。PFout(n) 是一个宏，用于控制 GPIOF 的输出引脚。具体来说：

PFout(9) 会使能 GPIOF 的第 9 引脚的输出。
PFout(10) 会使能 GPIOF 的第 10 引脚的输出。

这两个宏通常用来在程序中简化对 LED 的控制。

示例代码：

假设你有一个函数用于打开或关闭 LED：

void LED_Toggle(uint8_t led) 
{
    if(led == 0) 
    {
        LED0 = !LED0; // 切换 LED0 的状态
    } 
    else if(led == 1) 
    {
        LED1 = !LED1; // 切换 LED1 的状态
    }
}

如果你调用 LED_Toggle(0);，它会切换 PF9 引脚的电平，从而改变连接到该引脚的 LED 的状态。同样，LED_Toggle(1); 切换 PF10 引脚的电平。

LED初始化函数

#include "led.h"
// 初始化PB1为输出.并使能时钟        
// LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); // 开启GPIOF时钟
    GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;// PF9,10
    GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // 推挽输出
    GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP;          // 上拉
    GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;     // 高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_Initure);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET); // PF9置1，默认初始化后灯灭
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);// PF10置1，默认初始化后灯灭
}

#include "led.h"
包含自定义的头文件 led.h，用于引入 LED 控制相关的定义和声明。
void LED_Init(void)
LED_Init 函数用于初始化 LED 控制的相关 GPIO 引脚。
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
定义一个结构体 GPIO_Initure，用于配置 GPIO 引脚的参数。
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
使能 GPIOF 时钟。__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE() 是一个宏，调用该宏会设置 RCC (时钟控制) 寄存器以开启 GPIOF 的时钟，确保对 GPIOF 的操作可以进行。
GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
配置要初始化的 GPIO 引脚为 PF9 和 PF10。GPIO_PIN_9 和 GPIO_PIN_10 是 STM32 HAL 库定义的常量，表示第 9 和第 10 引脚。
GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
设置 GPIO 引脚为推挽输出模式 (GPIO_MODE_OUTPUT_PP)。推挽输出模式可以提供强驱动能力，使引脚输出高电平或低电平。
GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP;
配置 GPIO 引脚上拉电阻 (GPIO_PULLUP)。上拉电阻将引脚在未被驱动时保持在高电平状态。
GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
设置 GPIO 引脚的输出速度为高速 (GPIO_SPEED_HIGH)。这意味着引脚能够以更高的频率进行电平切换。
HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_Initure);
调用 HAL_GPIO_Init() 函数来初始化 GPIOF 引脚。该函数接受两个参数：

GPIOF：要初始化的 GPIO 端口。
&GPIO_Initure：指向 GPIO_Initure 结构体的指针，包含了引脚配置的所有参数。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);
将 GPIOF 的第 9 引脚设置为高电平 (GPIO_PIN_SET)。这会使连接到 PF9 的 LED 熄灭（假设 LED 是负逻辑）。
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);
将 GPIOF 的第 10 引脚设置为高电平 (GPIO_PIN_SET)。这会使连接到 PF10 的 LED 熄灭。

蜂鸣器宏定义

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H
#include "sys.h"
//LED端口定义
#define BEEP PFout(8) // 蜂鸣器控制IO 
void BEEP_Init(void); //初始化

#endif

定义了一个宏 BEEP，用于控制蜂鸣器。PFout(8) 是一个宏或函数，通常用于访问 GPIO 端口 PF 的第 8 位。这个宏或函数会在 sys.h 或其他相关文件中定义。PFout(8) 可能是一个宏，用于设置或读取 GPIOF 的第 8 引脚的状态。

蜂鸣器初始化函数

#include "beep.h"

// 初始化PF8为输出.并使能时钟        
// LED IO初始化
void BEEP_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();           //开启GPIOF时钟
    GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_8;          // PF8
    GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;// 推挽输出
    GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP;        // 上拉
    GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;   // 高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_Initure);

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOF,GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET); // 蜂鸣器对应引脚GPIOF8拉低，
}

这段代码初始化了 GPIOF 的第 8 引脚，以控制连接到该引脚的蜂鸣器。这里的配置包括：

使能 GPIOF 时钟：__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE() 用于启用 GPIOF 的时钟，使能后 GPIOF 引脚可以进行操作。
配置 GPIO 引脚：

GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_8;：设置要配置的引脚为 PF8。
GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;：将引脚配置为推挽输出模式，以便能驱动蜂鸣器。
GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP;：配置上拉电阻，保持引脚在空闲时为高电平。
GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;：设置引脚为高速，以提高响应速度。

初始化引脚：HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_Initure); 将上述配置应用到 GPIOF 的第 8 引脚。
设置引脚状态：HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET); 将 PF8 引脚拉低，初始状态下关闭蜂鸣器。

这样设置后，你可以通过改变 PF8 引脚的电平来控制蜂鸣器的开关。

主函数

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"

int main(void)
{ 
    HAL_Init();                  // 初始化HAL库    
    Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); // 设置时钟,168Mhz
    delay_init(168);             // 初始化延时函数
    LED_Init();                  // 初始化LED    
    BEEP_Init();                 // 初始化蜂鸣器

    while(1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET); // DS0拉低，亮   等同LED0=0;
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET); // BEEP引脚拉低，等同BEEP=0;
        delay_ms(300);                                        // 延时300ms
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET);   // DS0拉高，灭   等同LED0=1;
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);   // BEEP引脚拉高，等同BEEP=1;
        delay_ms(300);                                        
     }
}

初始化 HAL 库：HAL_Init() 用于初始化 HAL 库，准备好硬件抽象层的功能。
设置时钟：Stm32_Clock_Init(336, 8, 2, 7); 配置系统时钟为 168 MHz。这通常涉及设置 PLL（相位锁环）参数。
初始化延时函数：delay_init(168); 设置延时函数所需的时钟频率。
初始化 LED 和蜂鸣器：LED_Init() 和 BEEP_Init() 分别用于初始化 LED 和蜂鸣器的 GPIO 引脚。
主循环：

点亮 LED 和蜂鸣器：将 PF9 和 PF8 引脚拉低，点亮 LED 和开启蜂鸣器。
延时：delay_ms(300); 使系统等待 300 毫秒。
熄灭 LED 和蜂鸣器：将 PF9 和 PF8 引脚拉高，熄灭 LED 和关闭蜂鸣器。
再次延时：delay_ms(300); 使系统再等待 300 毫秒。

5. 小结

前面的章节倒是很容易，本章我们主要学习的还是控制GPIO输出，无他-就一个函数而-HAL_GPIO_WritePin()，我们可以详细地说明一下：

HAL_GPIO_WritePin() 是 STM32 HAL 库中用于操作 GPIO（通用输入输出）引脚的一个函数。它用于设置指定 GPIO 引脚的电平状态（高或低）。这个函数的详细说明如下：

函数原型

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

参数说明

GPIOx:

类型：GPIO_TypeDef*
说明：指定要操作的 GPIO 端口。常见的端口包括 GPIOA, GPIOB, GPIOC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, 等。

GPIO_Pin:

类型：uint16_t
说明：指定要操作的 GPIO 引脚。可以是一个引脚的掩码，如 GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2, 等。这些宏定义通常在 STM32 HAL 库的头文件中定义。

PinState:

类型：GPIO_PinState
说明：设置 GPIO 引脚的状态。可以是以下两种状态之一：
- GPIO_PIN_RESET：表示将引脚设置为低电平（0）。
- GPIO_PIN_SET：表示将引脚设置为高电平（1）。

功能

HAL_GPIO_WritePin() 函数通过直接操作 GPIO 控制寄存器来设置引脚的电平状态。它会根据传入的 PinState 参数将指定的引脚设置为高电平或低电平。

示例

假设你要将 GPIOA 端口的第 5 号引脚设置为高电平，代码如下：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

如果要将 GPIOB 端口的第 12 号引脚设置为低电平，代码如下：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);

应用场景

点亮/熄灭 LED：通常使用 HAL_GPIO_WritePin() 来控制 LED 的开关状态。
控制继电器：通过设置 GPIO 引脚来控制继电器的开关。
驱动其他外设：可以用于控制其他外设的开关状态，例如马达、蜂鸣器等。

通过这个函数，你可以灵活地操作 STM32 微控制器的 GPIO 引脚，以满足各种应用需求。

2024.9.27 第一次修订，后期不再维护

posted @ 2024-09-27 15:15 hazy1k 阅读(17) 评论(0) 编辑收藏举报

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