|
- UID
- 1029342
- 性别
- 男
|
摘要：基于32位的STM32F103，利用PWM产生的音频信号驱动蜂鸣器演奏乐曲，实现了音乐播放器的应用设计。该播放器能实现从低音到高音的21个音阶，并能根据乐谱演奏完整的曲目。测试结果表明，PWM的输出信号与各音阶对应的声音频率基本一致，方案切实可行。这一方法也可用于电机控制、电子琴设计等方面，具有较好的实用性。
关键词：STM32；PWM；蜂鸣器；定时器；音乐
在科研项目开发中，有时会遇到需要播放电话铃声、音乐等情况。简单的做法是购买专用音乐芯片，但该方法的缺点是播放的内容不可变，不能很好地满足项目需求。一般地，可采用89C51等单片机实现音乐播放，其播放内容及歌曲数量都可以随时修改，使用上相对方便。随着STM32系列微处理器的出现，其基于ARM Cortex—M内核的32位闪存微控制器，高达72 MHz的主频，高集成度、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压操作等众多特点，使得其应用越来越广泛。本文基于STM32处理器，根据乐曲简谱制作供程序识别的乐谱，并利用内部定时器产生PWM输出信号，驱动蜂鸣器完成自定义乐谱的播放。经测试，播放效果良好。
1 乐谱简析
1．1 音阶
音阶是音乐必不可少的要素，主要由声音的频率决定。通过给蜂鸣器不同频率的音频脉冲，可以产生不同的音阶，而要产生某频率的音频脉冲，最简单的办法是算出该音频的周期，然后将此周期除以2即为半周期的时间。通过程序控制单片机某引脚半周期为“高”、半周期为“低”，不断交替变换，即可产生该频率的矩形波，接到蜂鸣器上就可发出该频率的声音。若想改变音阶，只需要改变半周期时间即可。表1为C调时音符频率对照表，据此可产生不同音阶的音符。“#”表示半音，用于上升或下降半个音，乘以2就提升该声音一个8度音阶，减半则降一个8度。
1．2 节拍
若要构成音乐，光有音阶是不够的，还需要节拍，也就是音符持续时间的长短，一般用拍数表示。至于1拍是多少秒，没有严格的规定，只要节拍适宜，声音悦耳即可。假如某首歌曲的节奏是每分钟120拍，那么1拍为0．5 s，1／4拍为0．125 s，以此类推可得到其他节拍对应的时长。这样，利用不同的频率，加上与拍数对应的延时，就构成了乐曲。
2 STM32中的定时器
音阶的产生与声音频率有关，为了实现不同音阶，必须能为蜂鸣器提供不同频率的脉冲。为此，选择STM32芯片，利用其自带的定时器，通过PWM产生脉冲信号。STM32中一共有11个定时器，包含2个高级控制定时器、4个普通定时器、2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统滴答定时器SysTiek。其中，TIM1和TIM8是高级定时器，时钟由APB2的输出产生。TIM2～TIM5是普通定时器，TIM6和TIM7是基本定时器，这6个定时器的时钟由APB1的输出产生。
2．1 定时时长的计算
定时器的一个主要功能就是到指定时间就会产生一个溢出事件，这个时间的设置与定时器时钟有关，在定时器时钟基础上进行预分频，设置计数溢出大小即可。 |
|
