??本節原來是想講一講無源蜂鳴器發聲的原理，用于添加BGM功能。為了講原理，就寫了一些通俗的代碼，沒想到越寫越多，后來，干脆就形成了一個小小的項目吧——基于STM32與無源蜂鳴器的電子琴。

燈光效果

??首先想到的是做一個燈光的效果，按下哪個按鍵，哪個按鍵的燈要亮；松手后，燈滅掉。順帶，檢測一下帶松手檢測的按鍵功能好不好用。后續還可以做成通過亮燈提示需要按下那個按鍵，類似于節奏大師的功能——哪里要響點哪里。

??我去掉了無關的代碼，主函數里通過死循環，來確保按鍵按下的時候，燈是亮起來的 ：

//main.c 

while(1)

{

AllLED_OFF();

while(!SKEY1)

{

SLED1 = LED_ON;

}

while(!SKEY2)

{

SLED2 = LED_ON;

}

while(!SKEY3)

{

SLED3 = LED_ON;

}

while(!SKEY4)

{

SLED4 = LED_ON;

}

while(!SKEY5)

{

SLED5 = LED_ON;

}

while(!SKEY6)

{

SLED6 = LED_ON;

}

while(!SKEY7)

{

SLED7 = LED_ON;

}

while(!SKEY8)

{

SLED8 = LED_ON;

}

if(PAUSE_PRES == KEY_Scan(0))

{

LED1 = !LED1;

}

}

??下載程序并看看現象。

無源蜂鳴器的音調控制

??音調和頻率是息息相關的，可以在網上查找到頻率和音調對應的表格。本文的代碼參考了這篇文章，表示感謝

??根據圖片，可以做宏定義，中音的C調：

#define CM1 523

#define CM2 587

??為了講清楚原理，這里蜂鳴器先當做LED用。引腳給高電平，蜂鳴器就能響（只有一瞬間有聲音）。然而，只給高電平，無源蜂鳴器不能自己持續發出聲音；需要馬上給低電平，然后再給一個高電平。即在一個很短的周期內，無源蜂鳴器在高電平持續器件工作，在低電平持續器件休息。周期的倒數就是頻率。

??蜂鳴器的引腳是PB1，初始化跟LED一樣，我直接寫在了LED的初始化函數里。

??接下來先寫兩個按鍵的功能，用按鍵1和2來演奏C調的哆和唻。我定義了一個變量，是us為單位的時間，這是蜂鳴器的一個周期。它的值就是1000000us（1百萬us就是1s）除以頻率。頻率是查表得到的。在周期內，高電平持續的時間和低電平持續的時間各占一半。

//main.c

u32 F_us;   //特定頻率對應的周期時間，單位us

while(!SKEY1)

{

    SLED1 = LED_ON;

    F_us = 1000000/CM1;

    BEEP = 1;

    delay_us(F_us/2);

    BEEP = 0;

    delay_us(F_us/2);

}

while(!SKEY2)

{

    SLED2 = LED_ON;

    F_us = 1000000/CM2;

    BEEP = 1;

    delay_us(F_us/2);

    BEEP = 0;

    delay_us(F_us/2);

}

??下載程序，按下按鍵1或2，就可以聽到不同的音調。原理就是這么簡單。

音量控制

??無源蜂鳴器可以用高電平持續的時間調整音量，在一個周期中，高電平持續的時間越長，蜂鳴器聲音越大；高電平持續的時間越短，蜂鳴器的聲音越小。這句話還有一個時髦的描述方法——脈寬調制。

??原理很簡單，實現起來也不復雜。在上一個案例的基礎上，我把高電平持續的時間由50%改成了通過變量volum來計算。如果volum=1，那么高電平持續的時間就是周期的一半（右移一位等于除以2）；如果volum=5，那么高電平持續的時間就是周期的64分之1，（右移n位等于除以2的n次方）。為了方便比較，我先讓按鍵1和2的音調一樣，音量不一樣。

//main.c

u32 F_us;   //特定頻率對應的周期時間，單位us

u32 time_ON;   //蜂鳴器響的時間

u32 time_OFF;   //蜂鳴器不響的時間

u8 volum;    //音量

while(!SKEY1)

{

    SLED1 = LED_ON;

    F_us = 1000000/CM1;

    volum = 1;

    time_ON = F_us>>volum;

    time_OFF = F_us - time_ON;

    BEEP = 1;

    delay_us(time_ON);

    BEEP = 0;

    delay_us(time_OFF);

}

while(!SKEY2)

{

    SLED2 = LED_ON;

    F_us = 1000000/CM1;

    volum = 6;

    time_ON = F_us>>volum;

    time_OFF = F_us - time_ON;

    BEEP = 1;

    delay_us(time_ON);

    BEEP = 0;

    delay_us(time_OFF);

}

??按下兩個按鍵，可以聽出響度是不一樣。事實上我調整過比例，感覺，50%的占空比可能是最大的聲音了，，volum < 4之前都聽不大出來。

提取函數

??既然按鍵1和按鍵2都既能控制音調，用能控制音量了，別的按鍵把代碼復制粘貼就能實現功能了。只不過，復制粘貼是代碼不好的表現。

??所以，再次提取出一個函數，傳入音調和音量，就能發出聲音。

void play(u32 tone,u8 tvolum)

{

u32 F_us;   //特定頻率對應的周期時間，單位us

u32 time_ON;   //蜂鳴器響的時間

u32 time_OFF;   //蜂鳴器不響的時間

F_us = 1000000/tone;

time_ON = F_us>>tvolum;

time_OFF = F_us - time_ON;

BEEP = 1;

delay_us(time_ON);

BEEP = 0;

delay_us(time_OFF);

}

??然后修改死循環。我有8個帶燈按鍵，但是音調只有7個，所以預留8和pause用于升降調，這兩個按鍵無需松手檢測。其它按鍵按下時，調用play函數。

while(1)

{

key = KEY_Scan(0);

if(KEY8_PRES == key)

{

LED2 = !LED2;

}

else if(PAUSE_PRES == key)

{

LED1 = !LED1;

}

else

{

AllLED_OFF();

}

while(!SKEY1)

{

SLED1 = LED_ON;

play(CM1,volum);

}

while(!SKEY2)

{

SLED2 = LED_ON;

play(CM2,volum);

}

while(!SKEY3)

{

SLED3 = LED_ON;

play(CM3,volum);

}

while(!SKEY4)

{

SLED4 = LED_ON;

play(CM4,volum);

}

while(!SKEY5)

{

SLED5 = LED_ON;

play(CM5,volum);

}

while(!SKEY6)

{

SLED6 = LED_ON;

play(CM6,volum);

}

while(!SKEY7)

{

SLED7 = LED_ON;

play(CM7,volum);

}

}

??至此，就已經實現了最簡單的電子琴的功能。

升調和降調功能

??默認情況下，我們演奏的都是C調中間那個音階。我定義按鍵8升調，按鍵PAUSE為降調（其實調整的不是音調而是音階）。然后定義個變量用于儲存當前是C調還是F調，也就是音階？

while(1)

{

key = KEY_Scan(0);

if(KEY8_PRES == key)

{

LED2 = !LED2;

tone_level++;

}

else if(PAUSE_PRES == key)

{

LED1 = !LED1;

tone_level--;

}

else

{

AllLED_OFF();

}

        。。。

     }

??修改play函數，根據音階與音調來計算周期。

void play(u32 tone,u8 tvolum)

{

u32 F_us;   //特定頻率對應的周期時間，單位us

u32 time_ON;   //蜂鳴器響的時間

u32 time_OFF;   //蜂鳴器不響的時間

if(tone_level<1)

tone_level = 1;

else if(tone_level>12)

tone_level = 12;

if(1 == tone_level)

{

switch(tone)

{

case 1:F_us = 1000000/CL1;

case 2:F_us = 1000000/CL2;

case 3:F_us = 1000000/CL3;

case 4:F_us = 1000000/CL4;

case 5:F_us = 1000000/CL5;

case 6:F_us = 1000000/CL6;

case 7:F_us = 1000000/CL7;

}

}

else if(2 == tone_level)

{

switch(tone)

{

case 1:F_us = 1000000/CM1;

case 2:F_us = 1000000/CM2;

case 3:F_us = 1000000/CM3;

case 4:F_us = 1000000/CM4;

case 5:F_us = 1000000/CM5;

case 6:F_us = 1000000/CM6;

case 7:F_us = 1000000/CM7;

}

}

//F_us = 1000000/tone;

time_ON = F_us>>tvolum;

time_OFF = F_us - time_ON;

BEEP = 1;

delay_us(time_ON);

BEEP = 0;

delay_us(time_OFF);

}

??這段代碼太糟糕了，才寫了兩種音階我就受不了了。之前音調的信息都是宏定義，為了方便調用，我改成數組。

//beep.c

u16 CL[7]={262,294,330,349,392,440,494};

u16 CM[7]={523,587,659,698,784,880,988};

u16 CH[7]={1047,1175,1319,1397,1568,1760,1976};

u16 DL[7]={294,330,370,392,440,494,554};

u16 DM[7]={587,659,740,784,880,988,1109};

u16 DH[7]={1175,1319,1480,1568,1760,1976,2217};

u16 EL[7]={330,370,415,440,494,554,622};

u16 EM[7]={659,740,831,880,988,1109,1245};

u16 EH[7]={1319,1480,1661,1760,1976,0,0};

u16 FL[7]={349,392,440,466,523,587,659};

u16 FM[7]={698,784,880,932,1047,1175,1319};

u16 FH[7]={1397,1568,1760,1865,0,0,0};

??然后修改演奏函數。

void play(u32 tone,u8 tvolum)

{

u32 F_us;   //特定頻率對應的周期時間，單位us

u32 time_ON;   //蜂鳴器響的時間

u32 time_OFF;   //蜂鳴器不響的時間

if(tone_level<1)

tone_level = 1;

else if(tone_level>12)

tone_level = 12;

switch(tone_level)

{

case 1: F_us = 1000000/CL[tone];break;

case 2: F_us = 1000000/CM[tone];break;

case 3: F_us = 1000000/CH[tone];break;

case 4: F_us = 1000000/DL[tone];break;

case 5: F_us = 1000000/DM[tone];break;

case 6: F_us = 1000000/DH[tone];break;

case 7: F_us = 1000000/EL[tone];break;

case 8: F_us = 1000000/EM[tone];break;

case 9: F_us = 1000000/EH[tone];break;

case 10:F_us = 1000000/FL[tone];break;

case 11:F_us = 1000000/FM[tone];break;

case 12:F_us = 1000000/FH[tone];break;

}

//F_us = 1000000/tone;

time_ON = F_us>>tvolum;

time_OFF = F_us - time_ON;

BEEP = 1;

delay_us(time_ON);

BEEP = 0;

delay_us(time_OFF);

}

??主函數調用的部分也修改了。注意，數組的索引是從零開始的。

while(1)

{

key = KEY_Scan(0);

if(KEY8_PRES == key)

{

LED2 = !LED2;

tone_level++;

}

else if(PAUSE_PRES == key)

{

LED1 = !LED1;

tone_level--;

}

else

{

AllLED_OFF();

}

while(!SKEY1)

{

SLED1 = LED_ON;

play(0,volum);//數組的第一個元素是0

}

while(!SKEY2)

{

SLED2 = LED_ON;

play(1,volum);

}

while(!SKEY3)

{

SLED3 = LED_ON;

play(2,volum);

}

while(!SKEY4)

{

SLED4 = LED_ON;

play(3,volum);

}

while(!SKEY5)

{

SLED5 = LED_ON;

play(4,volum);

}

while(!SKEY6)

{

SLED6 = LED_ON;

play(5,volum);

}

while(!SKEY7)

{

SLED7 = LED_ON;

play(6,volum);

}

}

??也可以把音階的信息作為一個變量傳入參數，避免使用全局的變量。

??實際演奏時，還發現了小小的BUG，E和F的高音，數組不夠7個，如果傳入的參數是0，那么F_us的時候分母是0，程序可能卡死，所以把0音調改成1了。當然也可以用判斷語句來避免這種情況。

??我還設想了很多功能，比如屏幕顯示個樂譜，屏幕顯示音調；按鍵亮起作為提示，然后按下對應的按鍵，發出聲音。想法越來越多，我只好趕緊收手了，畢竟，，，我原來的計劃是打地鼠掌機啊！電子琴只是為了講蜂鳴器的原理啊！

??放上兩只老虎的簡譜，來彈奏一曲吧。