基础知识之Buzzer - 蜂鸣器

1 介绍

和LED常用于发光指示一样，作为一种声音模块，蜂鸣器常被用于做发声的功能。有源蜂鸣器通过内置的振荡器，发出单一固定频率提示性报警声音；无源蜂鸣器是通过不同频率的脉冲驱动，可以发出不同频率的声音信号。

2 工作原理

蜂鸣器的分类： 按其结构主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型：

• 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
• 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5～15V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

按是否带有信号源分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型：

• 有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。
• 无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。

3 电路连接

本章节主要介绍无源蜂鸣器的驱动，FPGA或MCU的GPIO口驱动能力弱，不能直接驱动无源蜂鸣器，常用的蜂鸣器驱动电路如下：

蜂鸣器使用NPN三极管（9013）驱动，三极管当开关用，当基极电压拉高时，蜂鸣器通电，当基极电压拉低时，蜂鸣器断电，MCU或FPGA控制GPIO口给三极管的基极输出不同频率的脉冲信号，蜂鸣器就可以发出不同的音节。 不同音节与蜂鸣器震荡频率的对应关系如下：

4 MicroPython编程（MCU）

• Play Tones Using the PWM
• Play Three Tones
• Play a Scale
• Play Mario on MicroPython
• 播放音频文件
• 转换MP3音频文件为Wav文件
• buzzer_music

5 Verilog编程（FPGA）

在FPGA中使用PWM来驱动蜂鸣器，使用计数器对系统时钟进行分频，改变计数器的计数终值从而实现调节PWM信号频率的目的，使用PWM信号控制蜂鸣器电路。

// --------------------------------------------------------------------// >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> COPYRIGHT NOTICE <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<=time_end) begin time_cnt <= 1'b0; end else begin time_cnt <= time_cnt + 1'b1; endend//根据计数器的周期，翻转蜂鸣器控制信号 always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin if(!rst_n_in) begin piano_out <= 1'b0; end else if(time_cnt==time_end) begin piano_out <= ~piano_out; //蜂鸣器控制输出翻转，两次翻转为1Hz end else begin piano_out <= piano_out; end endendmodule