18. 蜂鸣器

📝本节您将学习如何通过 PWM 驱动天巧星板载无源蜂鸣器，实现音调控制、音量调节和简易旋律播放。

🏆本章目标

1️⃣ 理解有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别

2️⃣ 掌握通过 PWM 频率控制音调的方法

3️⃣ 实现按键提示音和警告音效

4️⃣ 实现简单的旋律（音符序列）播放

18.1 蜂鸣器基础

有源 vs 无源

类型	内部结构	驱动方式	特点
有源蜂鸣器	内置振荡电路	通电即响（固定频率）	只能发出一种音调
无源蜂鸣器	无振荡电路	需外部方波驱动	频率可变，能发出不同音调

天巧星板载的是无源蜂鸣器，可通过改变 PWM 频率发出不同音调的声音。

驱动原理

频率决定音调高低：频率越高音调越尖，频率越低音调越沉
占空比影响音量：50% 占空比时声音最响
持续时间控制节拍：每个音符持续多长时间

18.2 硬件连接

参数	规格
引脚	PB27
定时器	TIMG6 CCP1
PWM 时钟	1MHz（80MHz / 预分频 80）

18.3 SysConfig 配置

在第 7 章 PWM 配置基础上，针对蜂鸣器专门配置：

参数	设置值	说明
Timer Module	`TIMG6`
PWM Clock Source	`BUSCLK`	80MHz
PWM Clock Prescaler	`80`	分频后 1MHz
PWM Period	`2273`	默认 440Hz (A4)
PWM Channel 1 Duty	`1136`	50% 占空比
PWM Channel 1 Pin	`PB27`

为什么预分频选 80

80MHz / 80 = 1MHz 计数频率。1MHz 下：

Period = 频率对应的周期微秒数
例如 440Hz → 周期 2273μs → Period = 2273

1MHz 计数频率在人耳可听范围（20Hz~20kHz）内都有足够的分辨率。

18.4 蜂鸣器驱动实现

#include "ti_msp_dl_config.h"

#define BUZZER_INST     PWM_BUZZER_INST   // TIMG6
#define BUZZER_CC_IDX   DL_TIMER_CC_1_INDEX

// 设置蜂鸣器频率（Hz），0 = 静音
void buzzer_set_freq(uint16_t freq)
{
    if (freq == 0) {
        DL_TimerG_stopCounter(BUZZER_INST);
        return;
    }

    uint32_t period = 1000000 / freq;  // 1MHz 计数频率
    DL_TimerG_setLoadValue(BUZZER_INST, period);
    DL_TimerG_setCaptureCompareValue(BUZZER_INST, period / 2, BUZZER_CC_IDX);
    DL_TimerG_startCounter(BUZZER_INST);
}

// 开启蜂鸣器（使用当前频率）
void buzzer_on(void)
{
    DL_TimerG_startCounter(BUZZER_INST);
}

// 关闭蜂鸣器
void buzzer_off(void)
{
    DL_TimerG_stopCounter(BUZZER_INST);
}

// 设置音量（占空比，0~100）
void buzzer_set_volume(uint8_t volume)
{
    if (volume > 100) volume = 100;
    uint32_t period = DL_TimerG_getLoadValue(BUZZER_INST);
    uint32_t duty = period * volume / 100;
    DL_TimerG_setCaptureCompareValue(BUZZER_INST, duty, BUZZER_CC_IDX);
}

// 播放指定频率和持续时间的音符
void buzzer_beep(uint16_t freq, uint16_t duration_ms)
{
    buzzer_set_freq(freq);
    delay_cycles((uint32_t)(CPUCLK_FREQ / 1000) * duration_ms);
    buzzer_off();
}

18.5 音符频率表

标准音乐音符的频率定义：

// 音符频率定义（Hz）
#define NOTE_REST   0      // 休止符

#define NOTE_C4     262    // Do
#define NOTE_CS4    277
#define NOTE_D4     294    // Re
#define NOTE_DS4    311
#define NOTE_E4     330    // Mi
#define NOTE_F4     349    // Fa
#define NOTE_FS4    370
#define NOTE_G4     392    // Sol
#define NOTE_GS4    415
#define NOTE_A4     440    // La（标准音）
#define NOTE_AS4    466
#define NOTE_B4     494    // Si

#define NOTE_C5     523    // 高 Do
#define NOTE_D5     587    // 高 Re
#define NOTE_E5     659    // 高 Mi
#define NOTE_F5     698    // 高 Fa
#define NOTE_G5     784    // 高 Sol
#define NOTE_A5     880    // 高 La
#define NOTE_B5     988    // 高 Si

#define NOTE_C6     1047   // 更高 Do

对应 PWM Period 值（1MHz 计数频率）：

音名	频率 (Hz)	Period 值
C4 (Do)	262	3817
D4 (Re)	294	3401
E4 (Mi)	330	3030
F4 (Fa)	349	2865
G4 (Sol)	392	2551
A4 (La)	440	2273
B4 (Si)	494	2024
C5 (高Do)	523	1912

18.6 旋律播放引擎

18.6.1 音符结构

typedef struct {
    uint16_t freq;        // 频率（Hz），0 为休止
    uint16_t duration;    // 持续时间（ms）
} Note_t;

18.6.2 播放函数

// 播放一段旋律（阻塞式）
void buzzer_play_melody(const Note_t *melody, uint16_t len)
{
    for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
        if (melody[i].freq == NOTE_REST) {
            buzzer_off();
        } else {
            buzzer_set_freq(melody[i].freq);
        }

        delay_cycles((uint32_t)(CPUCLK_FREQ / 1000) * melody[i].duration);
        buzzer_off();

        // 音符间短暂间隔，使音符分离
        delay_cycles((uint32_t)(CPUCLK_FREQ / 1000) * 30);
    }
}

18.6.3 预定义音效

// 按键提示音（短促清脆）
const Note_t TONE_KEYPRESS[] = {
    {NOTE_C6, 30},
};
#define TONE_KEYPRESS_LEN  1

// 三连音提示
const Note_t TONE_TRITONE[] = {
    {NOTE_E5, 80},
    {NOTE_G5, 80},
    {NOTE_C6, 80},
};
#define TONE_TRITONE_LEN  3

// 警告音
const Note_t TONE_WARNING[] = {
    {NOTE_A5, 200},
    {NOTE_REST, 100},
    {NOTE_A5, 200},
    {NOTE_REST, 100},
    {NOTE_A5, 200},
};
#define TONE_WARNING_LEN  5

// 开机音效
const Note_t TONE_STARTUP[] = {
    {NOTE_C5, 100},
    {NOTE_E5, 100},
    {NOTE_G5, 100},
    {NOTE_C6, 200},
};
#define TONE_STARTUP_LEN  4

// 小星星（示例旋律）
const Note_t MELODY_TWINKLE[] = {
    {NOTE_C4, 400}, {NOTE_C4, 400}, {NOTE_G4, 400}, {NOTE_G4, 400},
    {NOTE_A4, 400}, {NOTE_A4, 400}, {NOTE_G4, 800},
    {NOTE_F4, 400}, {NOTE_F4, 400}, {NOTE_E4, 400}, {NOTE_E4, 400},
    {NOTE_D4, 400}, {NOTE_D4, 400}, {NOTE_C4, 800},
};
#define MELODY_TWINKLE_LEN  14

18.7 非阻塞播放（定时器驱动）

阻塞式播放会卡住主循环。出厂固件使用系统定时器（5ms tick）驱动非阻塞播放：

typedef struct {
    const Note_t *melody;
    uint16_t length;
    uint16_t position;       // 当前音符索引
    uint16_t time_remain;    // 当前音符剩余时间（ms）
    uint8_t  playing;        // 是否正在播放
} Beeper_t;

static Beeper_t beeper = {0};

// 启动播放（非阻塞）
void buzzer_play_async(const Note_t *melody, uint16_t len)
{
    beeper.melody = melody;
    beeper.length = len;
    beeper.position = 0;
    beeper.time_remain = melody[0].duration;
    beeper.playing = 1;

    if (melody[0].freq > 0)
        buzzer_set_freq(melody[0].freq);
    else
        buzzer_off();
}

// 在定时器中断中调用（每 10ms 调用一次）
void buzzer_tick(uint16_t elapsed_ms)
{
    if (!beeper.playing) return;

    if (beeper.time_remain <= elapsed_ms) {
        // 当前音符结束，切换到下一个
        beeper.position++;
        if (beeper.position >= beeper.length) {
            // 旋律播放完毕
            buzzer_off();
            beeper.playing = 0;
            return;
        }

        // 加载下一个音符
        const Note_t *note = &beeper.melody[beeper.position];
        beeper.time_remain = note->duration;

        if (note->freq > 0)
            buzzer_set_freq(note->freq);
        else
            buzzer_off();
    } else {
        beeper.time_remain -= elapsed_ms;
    }
}

// 查询是否正在播放
uint8_t buzzer_is_playing(void)
{
    return beeper.playing;
}

在系统定时器中断（如 TIMA0 的 5ms 或 10ms 周期中断）中调用：

// 在定时器 ISR 中
void TIMA0_IRQHandler(void)
{
    // ...
    buzzer_tick(10);  // 每 10ms 调用一次
    // ...
}

18.8 完整实验

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 播放开机音效
    buzzer_play_melody(TONE_STARTUP, TONE_STARTUP_LEN);

    delay_cycles(CPUCLK_FREQ);  // 等待 1 秒

    // 播放小星星
    buzzer_play_melody(MELODY_TWINKLE, MELODY_TWINKLE_LEN);

    while (1) {
        __WFI();
    }
}

18.9 与按键联动

按键按下时发出提示音：

void GROUP1_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_Interrupt_getPendingGroup(DL_INTERRUPT_GROUP_1)) {
        case GPIO_KEY_INT_IIDX:
            buzzer_beep(NOTE_C6, 30);  // 短促按键音
            DL_GPIO_togglePins(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN_PIN);
            break;
        default:
            break;
    }
}

18.10 知识总结

内容	说明
蜂鸣器类型	无源（需外部方波驱动）
驱动方式	PWM（TIMG6 CCP1）
引脚	PB27
音调控制	改变 PWM 频率
音量控制	改变 PWM 占空比
计数频率	1MHz（80MHz / 80）
播放方式	阻塞式 / 非阻塞式（定时器驱动）

下一章将学习板载 IMU 姿态传感器的驱动和数据读取。

电赛TI：简易PID入门项目

显示类

传感器类

无线通信类

控制类

18. 蜂鸣器 ​

18.1 蜂鸣器基础 ​

有源 vs 无源 ​

驱动原理 ​

18.2 硬件连接 ​

18.3 SysConfig 配置 ​

18.4 蜂鸣器驱动实现 ​

18.5 音符频率表 ​

18.6 旋律播放引擎 ​

18.6.1 音符结构 ​

18.6.2 播放函数 ​

18.6.3 预定义音效 ​

18.7 非阻塞播放（定时器驱动） ​

18.8 完整实验 ​

18.9 与按键联动 ​

18.10 知识总结 ​