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。測試結(jié)果表明，PWM的輸出信號與各音階對應(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)會遇到需要播放電話鈴聲、音樂等情況。簡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)樂曲簡譜制作供程序識別的樂譜，并利用內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生PWM輸出信號，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器完成自定義樂譜的播放。經(jīng)測試，播放效果良好。

1 樂譜簡析
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)拍對應(yīng)的時(shí)長。這樣，利用不同的頻率，加上與拍數(shù)對應(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。STM32中一共有11個(gè)定時(shí)器，包含2個(gè)高級控制定時(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。