基于STM32的PWM音樂播放器應(yīng)用設(shè)計(jì)t
摘要:基于32位的STM32F103,利用PWM產(chǎn)生的音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器演奏樂曲,實(shí)現(xiàn)了音樂播放器的應(yīng)用設(shè)計(jì)。該播放器能實(shí)現(xiàn)從低音到高音的21個(gè)音階,并能根據(jù)樂譜演奏完整的曲目。測(cè)試結(jié)果表明,PWM的輸出信號(hào)與各音階對(duì)應(yīng)的聲音頻率基本一致,方案切實(shí)可行。這一方法也可用于電機(jī)控制、電子琴設(shè)計(jì)等方面,具有較好的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞:STM32;PWM;蜂鳴器;定時(shí)器;音樂
在科研項(xiàng)目開發(fā)中,有時(shí)會(huì)遇到需要播放電話鈴聲、音樂等情況。簡(jiǎn)單的做法是購買專用音樂芯片,但該方法的缺點(diǎn)是播放的內(nèi)容不可變,不能很好地滿足項(xiàng)目需求。一般地,可采用89C51等單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放,其播放內(nèi)容及歌曲數(shù)量都可以隨時(shí)修改,使用上相對(duì)方便。隨著STM32系列微處理器的出現(xiàn),其基于ARM Cortex—M內(nèi)核的32位閃存微控制器,高達(dá)72 MHz的主頻,高集成度、實(shí)時(shí)性、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗、低電壓操作等眾多特點(diǎn),使得其應(yīng)用越來越廣泛。本文基于STM32處理器,根據(jù)樂曲簡(jiǎn)譜制作供程序識(shí)別的樂譜,并利用內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生PWM輸出信號(hào),驅(qū)動(dòng)蜂鳴器完成自定義樂譜的播放。經(jīng)測(cè)試,播放效果良好。
1 樂譜簡(jiǎn)析
1.1 音階
音階是音樂必不可少的要素,主要由聲音的頻率決定。通過給蜂鳴器不同頻率的音頻脈沖,可以產(chǎn)生不同的音階,而要產(chǎn)生某頻率的音頻脈沖,最簡(jiǎn)單的辦法是算出該音頻的周期,然后將此周期除以2即為半周期的時(shí)間。通過程序控制單片機(jī)某引腳半周期為“高”、半周期為“低”,不斷交替變換,即可產(chǎn)生該頻率的矩形波,接到蜂鳴器上就可發(fā)出該頻率的聲音。若想改變音階,只需要改變半周期時(shí)間即可。表1為C調(diào)時(shí)音符頻率對(duì)照表,據(jù)此可產(chǎn)生不同音階的音符。“#”表示半音,用于上升或下降半個(gè)音,乘以2就提升該聲音一個(gè)8度音階,減半則降一個(gè)8度。
1.2 節(jié)拍
若要構(gòu)成音樂,光有音階是不夠的,還需要節(jié)拍,也就是音符持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短,一般用拍數(shù)表示。至于1拍是多少秒,沒有嚴(yán)格的規(guī)定,只要節(jié)拍適宜,聲音悅耳即可。假如某首歌曲的節(jié)奏是每分鐘120拍,那么1拍為0.5 s,1/4拍為0.125 s,以此類推可得到其他節(jié)拍對(duì)應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)。這樣,利用不同的頻率,加上與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí),就構(gòu)成了樂曲。
2 STM32中的定時(shí)器
音階的產(chǎn)生與聲音頻率有關(guān),為了實(shí)現(xiàn)不同音階,必須能為蜂鳴器提供不同頻率的脈沖。為此,選擇STM32芯片,利用其自帶的定時(shí)器,通過PWM產(chǎn)生脈沖信號(hào)。STM32中一共有11個(gè)定時(shí)器,包含2個(gè)高級(jí)控制定時(shí)器、4個(gè)普通定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器,以及2個(gè)看門狗定時(shí)器和1個(gè)系統(tǒng)滴答定時(shí)器SysTiek。其中,TIM1和TIM8是高級(jí)定時(shí)器,時(shí)鐘由APB2的輸出產(chǎn)生。TIM2~TIM5是普通定時(shí)器,TIM6和TIM7是基本定時(shí)器,這6個(gè)定時(shí)器的時(shí)鐘由APB1的輸出產(chǎn)生。
2.1 定時(shí)時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算
定時(shí)器的一個(gè)主要功能就是到指定時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出事件,這個(gè)時(shí)間的設(shè)置與定時(shí)器時(shí)鐘有關(guān),在定時(shí)器時(shí)鐘基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)分頻,設(shè)置計(jì)數(shù)溢出大小即可。
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評(píng)論