基于STM32的PWM音乐播放器应用设计（2） 音乐播放器

yuyang911220

2．1．1 系统时钟设置
    要保证定时的准确性，必须先确保系统时钟的设置是我们所预期的。定时器时钟分配如图1所示。通过编程使SYSCLK为72 MHz，APB1预分频后得到PCLK1为36 MHz，再经TIM2～TIM7倍频器得到TIM2～TIM7时钟72 MHz。时钟源多采用HSE(外部时钟源)，对于STM32F103，其外部时钟为8 MHz，而STM32F107外部时钟为25 MHz，因此，在使用HSE做时钟源时，这两种器件产生SYSCLK的分频和倍频方式不同，需要使用者引起注意。

2．1．2 定时器相关参数设置
    定时器的参数由结构体TimeBaselnitTypeDef定义，主要包括预分频系数、时钟分割、计数器模式、计数溢出大小等。例如，要由TIM3(定时器3)产生一个时长为1 s的定时，首先，应进行系统时钟的设置，得到TIM3CLK=72MHz，然后进行定时器设置。其中，预分频系数为35 999，此时，TIM3时钟为72 MHz／36 000=2 kHz，无时钟分割。设置计数溢出大小为1 999，即每计2 000个数就产生一个更新事件，输出频率为2 kHz／2 000=1 Hz。代码如下：
   
2．2 STM32的PWM输出
    脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，简而言之，就是实现对输出信号脉冲宽度的控制，一般用来控制步进电机等。STM32的定时器除了TIM6和TIM7之外，其他的定时器都可以用来产生PWM输出，其中，高级定时器TIM1和TIM8能够产生3对PWM互补输出，而TIM2～TIM5也能同时产生4路的PWM输出。
2．2．1 PWM输出引脚
    STM32给不同的定时器分配了不同的输出引脚，考虑到引脚复用功能，STM32还提出了一个“重映像”的概念，就是通过设置某一些相关的寄存器，使得在其他非原始指定的引脚上也能输出PWM波形，但是这种重映像不是随意的，使用方法可参照参考文献。例如，TIM3的通道2，在没有重映像的时候，指定的引脚是PA7。如果设置部分重映像之后，输出就被映像到PB5上了；如果设置完全重映像的话，输出就被映像到PC7上。
2．2．2 占空比的计算
    占空比(Duty Ratio)有如下含义：在一串理想的脉冲周期序列(如方波)中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
   
    当TIM_Period为1 999时，若想得到占空比50％，则TIM_Pulse应设置为(1999+1)／2=1000。具体设置如下：
   
   

3 用PWM控制蜂鸣器播放音乐
3．1 硬件电路设计
    蜂鸣器电路如图2所示。需要注意的是，有源蜂鸣器是以固定频率工作，加电即可鸣叫，无源蜂鸣器可以用不同频率输入信号来控制发声，因此，需要选择无源蜂鸣器。核心控制器件选择STM32F103VET6，其引脚PB5连接到BEEP。由电路可知，当PB5为高电平时，蜂鸣器可工作，只要控制PB5高低电平输出形成的矩形波的频率就可以控制蜂鸣器演奏音乐。

3．2 程序设计
3．2．1 制作乐谱
    音阶的产生依赖于PWM输出信号的频率。为了简化设计，我们令定时器的TIM_Period为1 999，且占空比始终为50％，根据式(1)则TIM_ Pulse为1000。此时，PWM输出信号频率仅与定时器预分频系数TIM_Prescaler有关，只需要调整该系数，即可得到所需信号频率。
TIM_Prescaler由下式得到：
   
    式(2)中，fsound为音阶对应的频率，如低音Do频率为262 Hz。要产生该音频，TIM_Prescaler应为136。
    乐谱由音阶和节拍组成，每两个元素为一组，前者表示音阶，后者表示节拍。节拍以1／4拍为基准，存放的数值为1／4拍的倍数。相关代码如下：