蜂鸣器实验

这节课我们学习蜂鸣器，并用蜂鸣器制作电子琴。

实验原理

当涉及到蜂鸣器时，我们通常会遇到两种类型：无源蜂鸣器和有源蜂鸣器。它们在工作原理和使用方式上有所不同。

有源蜂鸣器（Active Buzzer）

有源蜂鸣器是一种集成了驱动电路的蜂鸣器，它可以直接通过电流激励产生声音，不需要外部设备。有源蜂鸣器内部集成了振片、驱动电路和共振腔。当给有源蜂鸣器提供电流时，它会根据电流的变化产生声音。有源蜂鸣器通常具有更好的声音质量和音量控制能力。在使用有源蜂鸣器时，我们可以通过控制电流的大小和频率来控制蜂鸣器的声音。一般来说，我们可以通过改变输入电流的大小来调整音量，通过改变输入电流的频率来调整音调和音乐效果。

注意

这里的 源 不是指电源，而是指震荡源。

无源蜂鸣器（Passive Buzzer）

无源蜂鸣器是一种简单的声音发生器，它通常由振片和共振腔组成。无源蜂鸣器不具备驱动电路，因此需要外部的电子设备来产生声音。当给无源蜂鸣器施加交变电压时，振片会振动并产生声音。无源蜂鸣器的工作频率由施加的电压频率决定。在使用无源蜂鸣器时，我们需要通过控制电压的频率和占空比来控制蜂鸣器的声音。通过改变交变电压的频率和占空比，我们可以产生不同的音调和音乐效果。

需要注意的是，无论是无源蜂鸣器还是有源蜂鸣器，其工作电压和电流都需要在规定范围内，以免损坏蜂鸣器或引起其他问题。

总结起来，无源蜂鸣器和有源蜂鸣器是两种常见的蜂鸣器类型。无源蜂鸣器需要外部设备来产生声音，而有源蜂鸣器内部集成了驱动电路，可以直接产生声音。在使用时，我们通过控制电压的频率、占空比或电流的大小和频率来控制蜂鸣器的声音。

硬件电路设计

物料清单（BOM 表）：

材料名称	数量
按键开关	6
无源蜂鸣器	1
有源蜂鸣器	1
杜邦线(跳线)	若干
面包板	1

有源蜂鸣器正极接 D22，无源蜂鸣器正极接 D23；6 个按键依次接 D25，D26，D27，D14，D12，D13。

软件程序设计

1. 有源蜂鸣器定时器闹钟

我们可以通过外部中断和定时器中断来制作一个闹钟，按下按键时中断闹钟

#define BUTTON  13
#define BUZZER  22


hw_timer_t *timer = NULL;

// 初始化闹钟触发时间
int second = 5;

// 定时器中断处理函数
void timer_interrupt(){
  digitalWrite(BUZZER, HIGH);
}

// 外部中断处理函数
void handle_interrupt(){
  digitalWrite(BUZZER, LOW);
}

void setup() {
  // 配置引脚模式
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);

  // 初始化定时器
  timer = timerBegin(0,80,true);

  // 配置定时器
  timerAttachInterrupt(timer,timer_interrupt,true);

  // 定时模式
  timerAlarmWrite(timer,second*1000*1000,false); 

  // 启动定时器
  timerAlarmEnable(timer); 

  // 配置外部中断引脚
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(BUTTON), handle_interrupt, FALLING);

}

void loop() {

}

2. 6 音符电子琴

我们想要弹奏一首歌就需要他的乐谱，最简单的就是小星星，

蜂鸣器是通过不同的频率发出不同声调的，具体对应数值如下图：

我们可以按照上图乐谱，用 6 个按键分别控制不同的音符，代码如下：

#define BUZZER      23
#define CHANNEL     0
#define RESOLUTION  8
#define FREQ        20000


// 定义按键数组
int button_array[6] = {25, 26, 27, 14, 12, 13};

// 定义音符频率数组
int tone_array[7] = {262, 294, 330, 350, 393, 441, 495};

// 初始化发声频率
int tone_value = 0;

void setup() {
  // 配置引脚模式
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);

  for (int i=0;i<6;i++) {
    pinMode(button_array[i], INPUT_PULLUP);  
  }

  // LEDC 外设
  ledcSetup(CHANNEL, FREQ, RESOLUTION);
  ledcAttachPin(BUZZER, CHANNEL);
}

void loop() {
  // 检测按键是否按下
  for (int i=0;i<6;i++) {
    if (!digitalRead(button_array[i])) {
      tone_value = tone_array[i]; 
    }  
  }

  // 蜂鸣器发声
  ledcWriteTone(CHANNEL, tone_value);

  tone_value = 0;
  delay(10);
}
}

3. 播放音乐

我们也可以自动播放这首歌，代码如下：

#define BUZZER      23
#define CHANNEL     0
#define RESOLUTION  8
#define FREQ        20000


// 定义音符频率数组
int tone_array[8] = {0, 262, 294, 330, 350, 393, 441, 495};

// 乐谱
int music[] = {1, 1, 5, 5, 6, 6, 5, 0,
               4, 4, 3, 3, 2, 2, 1, 0,
               5, 5, 4, 4, 3, 3, 2, 0,
               5, 5, 4, 4, 3, 3, 2, 0, 
               1, 1, 5, 5, 6, 6, 5, 0,
               4, 4, 3, 3, 2, 2, 1, 0};

// 初始化发声频率
int tone_value = 0;

void setup() {
  // 配置引脚模式
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);

  // LEDC 外设
  ledcSetup(CHANNEL, FREQ, RESOLUTION);
  ledcAttachPin(BUZZER, CHANNEL);
}

void loop() {
  for (int i=0; i<sizeof(music)/sizeof(music[0]);i++) {
    ledcWriteTone(CHANNEL, tone_array[music[i]]);
    delay(500);
  }

  delay(2000);
}