【树莓派】实验09-蜂鸣器模块

前言

最近学习激情不是很高，虽然代码学了很多，但是高数和大物直接摆烂了，呜呜呜呜

关注本专栏，和我一起学习树莓派开发板30+经典实验！

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• 本专栏代码仓库📝：Raspberry-practice

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1.实验器材

• 树莓派开发板
• 40p软排线+T型转接板+面包板
• 有源蜂鸣器
• 无源蜂鸣器
• 一堆跳线

下：有源蜂鸣器；上：无源蜂鸣器

它们的外观几乎一样。如果是没有装配好的单独模块，无源蜂鸣器底部的电路引脚带有绿色pcb，而有源蜂鸣器底部是黑色塑料外壳。因为模块已经焊接到了电路板上，所以我们看不到它们的底部引脚。

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2.实验原理

蜂鸣器属于声音模块。有源蜂鸣器常用于发出单一的提示性报警声音，没有频率变
化，内置振荡器；无源蜂鸣器的驱动方式为频率脉冲驱动，可以发出各种有频率的信号声
音。

• 有源蜂鸣器内部有一个简单的振荡电路，能将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，程序控制方便但频率固定，单片机一个高低电平就可以让其发出声音。
• 无源蜂鸣器和电磁扬声器一样没有内部驱动电路，需要接在音频输出电路中才能发声。如果给直流信号是不响的，因为磁路恒定，必须用2K-5K的方波去驱动它。声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果。
• 在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。

它们的电路原理图是一样的，只是控制方式不同

因为有两个不同的模块，所以下文将分开讲解

3.有源蜂鸣器模块

有源蜂鸣器有内置振荡源，只需要接线就会发出蜂鸣声，但它的发声是固定频率的。这点和内置了控制芯片的七彩LED模块很相似。

树莓派	T型转接板	有源蜂鸣器
GPIO 0	GPIO 17	I/O
3.3V	3.3V	VCC
GND	GND	GND

在连接上电路后，有源蜂鸣器就会哔哔哔叫。我们可以通过控制输入电平的高低，来控制它的开关

3.1代码示例

//有源蜂鸣器
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>

#define makerobo_BuzzerPin  0  // 有源蜂鸣器管脚定义

int main()
{
    //初始化连接失败时，将消息打印到屏幕
    if(wiringPiSetup() == -1){ 
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;  
    }   

    pinMode(makerobo_BuzzerPin,  OUTPUT); // 有源蜂鸣器设置为输出模式
    // 无限循环
    while(1)
    {   
            digitalWrite(makerobo_BuzzerPin, LOW);
        	// 蜂鸣器为低电平触发，所以使能蜂鸣器让其发声
            delay(100);           // 延时100ms
            digitalWrite(makerobo_BuzzerPin, HIGH); 
        	// 蜂鸣器设置为高电平，关闭蜂鸣器
            delay(100);           // 延时100ms
    }   
    return 0;
}

3.2编译代码

第一次编译这个代码的时候，出现了下面的报错。意思其实很简单，就是wiringPi库没有连接上，因为我忘记在最末尾加上-lwiringPi了

正确的编译指令如下

gcc 09activebuzzer.c -o ACTIVE -lwiringPi

编译成功

3.3实验效果

改变delay函数的参数，就能听到蜂鸣器声音的变换。设置成delay(1000)可以延长声音效果

• 第一次接线的时候，我不小心把它接在了5v的管脚上，导致输入高电平并不能关闭蜂鸣器，而是近似于改变了蜂鸣器的频率（我听不出是音量变了还是频率变了）
• 修正错误，接线在3.3v管脚上后，有源蜂鸣器可以正常关闭

总所周知，图片是没有声音的。所以我把两个情况的录音文件都放在了gitee仓库👉传送门

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4.无源蜂鸣器

无源蜂鸣器可以通过输入pwm来控制发声频率

它的接线方式和有源蜂鸣器相同

树莓派	T型转接板	无源蜂鸣器
GPIO 0	GPIO 17	I/O
3.3V	3.3V	VCC
GND	GND	GND

4.1代码示例

//无源蜂鸣器
#include <wiringPi.h>
#include <softTone.h>
#include <stdio.h>

#define makerobo_BuzPin    0 // 有源蜂鸣器管脚定义

// 音谱定义
// 低C音符的频率
#define  Tone_CL1  131
#define  Tone_CL2  147
#define  Tone_CL3  165
#define  Tone_CL4  175
#define  Tone_CL5  196
#define  Tone_CL6  221
#define  Tone_CL7  248

// 中C音的频率
#define  Tone_CM1  262
#define  Tone_CM2  294
#define  Tone_CM3  330
#define  Tone_CM4  350
#define  Tone_CM5  393
#define  Tone_CM6  441
#define  Tone_CM7  495

// 高C音符的频率
#define  Tone_CH1  525
#define  Tone_CH2  589
#define  Tone_CH3  661
#define  Tone_CH4  700
#define  Tone_CH5  786
#define  Tone_CH6  882
#define  Tone_CH7  990

// 第一首歌音谱
int makerobo_song_1[] = {Tone_CM3,Tone_CM5,Tone_CM6,Tone_CM3,Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM5,Tone_CM6,Tone_CH1,Tone_CM6,Tone_CM5,Tone_CM1,Tone_CM3,Tone_CM2,
                         Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM5,Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM3,Tone_CL6,Tone_CL6,Tone_CL6,Tone_CM1,Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM2,Tone_CL7,
                         Tone_CL6,Tone_CM1,Tone_CL5};
// 第一首歌节拍
int makerobo_beat_1[] = {1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,
                         1,1,1,1,1,1,3};

// 第二首歌音谱
int makerobo_song_2[] = {Tone_CM1,Tone_CM1,Tone_CM1,Tone_CL5,Tone_CM3,Tone_CM3,Tone_CM3,Tone_CM1,Tone_CM1,Tone_CM3,Tone_CM5,Tone_CM5,Tone_CM4,Tone_CM3,Tone_CM2,
                         Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM4,Tone_CM4,Tone_CM3,Tone_CM2,Tone_CM3,Tone_CM1,Tone_CM1,Tone_CM3,Tone_CM2,Tone_CL5,Tone_CL7,Tone_CM2,Tone_CM1
                        };
// 第二首歌节拍
int makerobo_beat_2[] = {1,1,1,3,1,1,1,3,1,1,1,1,1,1,3,1,1,1,2,1,1,1,3,1,1,1,3,3,2,3};

int main()
{
    int i;
    //初始化连接失败时，将消息打印到屏幕
    if(wiringPiSetup() == -1){
        printf("makerobo setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }
    //软件模拟Tone库初始化识别，将消息打印到屏幕
    if(softToneCreate(makerobo_BuzPin) == -1){
        printf("makerobo setup softTone failed !");
        return 1;
    }

    while(1){
        printf("makerobo music is being played...\n");  // 开始播放音乐
        // 播放第一首歌音乐
        for(i=0;i<sizeof(makerobo_song_1)/4;i++){
            softToneWrite(makerobo_BuzPin, makerobo_song_1[i]); 
            //第一首歌音谱
            delay(makerobo_beat_1[i] * 500);   //第一首歌节拍
        }
        // 播放第二首歌音乐
        for(i=0;i<sizeof(makerobo_song_2)/4;i++){
            softToneWrite(makerobo_BuzPin, makerobo_song_2[i]); 
            //第二首歌音谱
            delay(makerobo_beat_2[i] * 500);     //第二首歌节拍
        }
    }
    return 0;
}

音符频率对照表

• 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，最简单的办法是以该音频的频率除以2的值，函数使用该值为参数改变蜂鸣器输入方波信号的频率，蜂鸣器上就可发出该频率的声音。
    若想改变音阶，只需要改变频率即可。下表为各音调音符频率对照表，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。

• 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0.5s，1/4拍为0.125s，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。

以上引用自这位大佬的博客👉原文链接

我找来了一章音符与频率的对照表，供大家参考

softTone软件音频库

类似于softPWM，wiringPi库中还包含了一个软件音频库，通过输入不同的音频频率来使无源蜂鸣器发出不同的声音

这里提到了需要在编译文件时加入-lpthread选项，实测不需要加入也可以正常编译出来

4.2编译代码

gcc 09passivebuzzer.c -o PASSIVE -lwiringPi

4.3实验效果

蜂鸣器的确发出了不同频率的声音，但是我感觉它并没有唱歌，哈哈😂

录音文件也放在gitee仓库里面啦！👉传送门

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结语

这两个传感器和之前实验中出现的双色LED很像，不过一个是以声音为媒介，一个是以光为媒介来传递信息

本篇博客到这里就结束啦，如果有什么问题，欢迎在评论区提出哦！