利用MAXQ3210產(chǎn)生壓電信號
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
摘要：MAXQ3210微控制器集成了一個壓電揚聲器驅(qū)動器，以固定頻率驅(qū)動高音揚聲器。本應用筆記演示了怎樣改動揚聲器驅(qū)動器反饋單元，利用軟件來產(chǎn)生各種頻率信號。
引言
壓電蜂鳴器或揚聲器使用壓電晶體單元，壓電晶體在加電時會出現(xiàn)輕微變形，將電信號轉(zhuǎn)換為聲音。晶體單元連在揚聲器錐體或面板，當施加快速變化的電壓時，它會快速振動。這種振動激發(fā)出空氣中的聲波，從而產(chǎn)生頻率基于電波頻率的音調(diào)。
早期的計算機和電子游戲使用壓電揚聲器產(chǎn)生的各類聲音，從單音、汽笛音到白噪聲等。和早期相比，個人計算機的聲音產(chǎn)生技術(shù)有了很大的進步。今天，系統(tǒng)即使增加了多通道、數(shù)字聲音和音樂，以及基于MIDI的音樂合成器系統(tǒng)，仍然使用簡單的壓電揚聲器。汽車報警、煙霧探測器、銷售點(PoS)終端、小型電子玩具和游戲以及很多應用都依靠壓電聲發(fā)生器來產(chǎn)生單音、大分貝報警音效。
改動硬件驅(qū)動揚聲器
對系統(tǒng)中的壓電揚聲器增加硬件非常簡單。
對于只需要一路頻率輸出的應用，可以對壓電揚聲器進行優(yōu)化，以一定的音頻振蕩。通過加入反饋網(wǎng)絡和逆變器，揚聲器在接通后以共振頻率開始自激振蕩。這類網(wǎng)絡通常用于在煙霧探測器、二氧化碳傳感器和安防系統(tǒng)中產(chǎn)生大分貝報警音。
Maxim的MAXQ3210微控制器集成了這類壓電揚聲器驅(qū)動電路(圖1)。軟件界面非常簡單，包括一個控制位，用于打開或者關(guān)斷揚聲器。輸出音的頻率和音量完全由壓電揚聲器和反饋網(wǎng)絡元件決定。
圖1. MAXQ3210微控制器的壓電音驅(qū)動電路
在軟件控制下迅速接通和關(guān)斷揚聲器可以產(chǎn)生各種嘀噠、啁啾等聲音效果，但是輸出頻率不變。怎樣才能產(chǎn)生各種不同的輸出頻率呢?
為改變輸出頻率，必須去掉自動反饋環(huán)路，直接通過端口引腳來控制揚聲器輸出。數(shù)字揚聲器的輸入可以在固定電壓和地之間切換，微控制器的數(shù)字I/O引腳可直接驅(qū)動它。根據(jù)壓電揚聲器輸出大小和所需的分貝數(shù)，可能需要專門的驅(qū)動電路或者IC來處理壓電揚聲器引腳的高壓，或者將大電流驅(qū)動到揚聲器中，以產(chǎn)生高音。在這些情況下，微控制器I/O引腳被用于打開或者關(guān)斷揚聲器，設(shè)置輸出頻率。I/O引腳不直接驅(qū)動壓電單元。
MAXQ3210還可用于產(chǎn)生多個揚聲器輸出頻率。反饋輸入引腳直接連接到器件的一個其他端口引腳上。只要內(nèi)置揚聲器逆變器能夠跟上端口引腳驅(qū)動的頻率，按照合適的速率觸發(fā)端口引腳都可以產(chǎn)生所需的音調(diào)。
注意：本應用筆記的源代碼可以下載(ZIP, 4.5kB)。
音樂合成器
為能夠產(chǎn)生簡單的音樂信號，揚聲器必須接通一段時間，然后關(guān)斷相同的時間。產(chǎn)生的聲音頻率由下面的公式給出：
輸出頻率 = 1/(長周期 + 短周期)
為能夠產(chǎn)生一定時間長度的聲音，需要計算進行驅(qū)動的完整周期數(shù)：
周期數(shù) = (聲音持續(xù)時間 × 輸出頻率)
以中C基本鋼琴音標音頻為例。對這些頻率進行調(diào)諧，音符“中C的A”等于440Hz。表1中列出的值是近似值。
表1. 音符和接近的聲音頻率
| Note | Frequency (Hz) |
| Middle C | 261 |
| C sharp/D flat | 277 |
| D | 294 |
| D sharp/E flat | 311 |
| E | 330 |
| F | 349 |
| F sharp/G flat | 370 |
| G | 392 |
| G sharp/A flat | 415 |
| A | 440 |
| A sharp/B flat | 466 |
| B | 494 |
| C (next octave up) | 523 |
以一定頻率來接通和關(guān)斷MAXQ3210端口引腳最簡單的方法是使用軟件循環(huán)。使用微控制器的單周期指令執(zhí)行頻率來計算內(nèi)循環(huán)延時，該頻率典型值為3.57MHz。
move HRNC, #1 ; Turn the piezoelectric horn driver on.
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