PWM（脈沖寬度調(diào)制）可用于電機(jī)的調(diào)速、LED的亮度調(diào)節(jié)、無(wú)源蜂鳴器輸出音調(diào)等，是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中經(jīng)常采用的方法。本期內(nèi)容以一個(gè)用無(wú)源蜂鳴器播放音樂(lè)的例子，帶領(lǐng)大家了解使用定時(shí)器PWM輸出功能的方法。

系統(tǒng)環(huán)境

Windows 10-64bit

軟件平臺(tái)

NucleiStudio IDE 202102版

或 PlatformIO IDE

硬件需求

RV-STAR開(kāi)發(fā)板

無(wú)源蜂鳴器

脈沖寬度調(diào)制

脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）是利用微控制器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

PWM的控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。其中，一個(gè)周期內(nèi)脈沖時(shí)間占總時(shí)間的比值稱(chēng)為占空比。

簡(jiǎn)言之，如果你想讓電機(jī)的速度變慢或者控制的LED變暗，只需降低PWM的占空比，這使得原本需要控制模擬電壓或電流才能達(dá)到的效果，通過(guò)數(shù)字方式也能夠?qū)崿F(xiàn)，這樣可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。

無(wú)源蜂鳴器

無(wú)源蜂鳴器是很常見(jiàn)的一個(gè)電子元件，相信讀者朋友們都見(jiàn)過(guò)可以播放生日歌的電子蠟燭，那個(gè)就是靠無(wú)源蜂鳴器來(lái)播放的。無(wú)源蜂鳴器的內(nèi)部不帶振蕩源，通過(guò)使用50%占空比、頻率500Hz~4.5kHz的PWM驅(qū)動(dòng)，就可以播放出不同音調(diào)的聲音。

GD32VF103的定時(shí)器

GD32VF103的定時(shí)器分為三種類(lèi)型，分別是基本定時(shí)器、通用定時(shí)器和高級(jí)定時(shí)器，其中普通定時(shí)器和高級(jí)定時(shí)器都支持PWM輸出功能，在本次的實(shí)驗(yàn)中使用TIMER2（普通定時(shí)器）來(lái)進(jìn)行PWM輸出實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)部分

首先通過(guò)NucleiStudio或者PlatformIO等開(kāi)發(fā)工具創(chuàng)建工程，然后在工程目錄中添加“tone.h”和“main.c”文件，然后開(kāi)始進(jìn)行代碼的編寫(xiě)。

首先，我們要為蜂鳴器發(fā)出的不同音調(diào)所需要的頻率進(jìn)行預(yù)先的定義，以下的經(jīng)調(diào)音測(cè)試后的D調(diào)的不同音符所對(duì)應(yīng)的頻率，直接復(fù)制到“tone.h”中即可：

#define NTD0 -1
#define NTD1 293
#define NTD2 329
#define NTD3 368
#define NTD4 390
#define NTD5 438
#define NTD6 492
#define NTD7 554

#define NTDL1 147
#define NTDL2 166
#define NTDL3 185
#define NTDL4 196
#define NTDL5 221
#define NTDL6 248
#define NTDL7 278

#define NTDH1 585
#define NTDH2 657
#define NTDH3 700
#define NTDH4 781
#define NTDH5 882
#define NTDH6 990
#define NTDH7 1112

然后，在“main.c”中，我們要實(shí)現(xiàn)三個(gè)函數(shù)：

• buzzer_init() -- 初始化蜂鳴器
• buzzer_on(int freq) -- 蜂鳴器根據(jù)頻率發(fā)聲
• buzzer_off() -- 關(guān)閉蜂鳴器

下面依次進(jìn)行講解，首先是buzzer_init()，我們使用的是PB1引腳，它對(duì)應(yīng)著TIMER2的CH3通道，要依次使能端口時(shí)鐘、復(fù)用時(shí)鐘、定時(shí)器時(shí)鐘，然后把引腳初始化為推挽輸出模式。
void buzzer_init()
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);

gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
}

然后是buzzer_on(int freq)，它接收不同的頻率參數(shù)，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行配置，輸出50%占空比的不同頻率的PWM波，進(jìn)而控制蜂鳴器發(fā)聲。實(shí)現(xiàn)方法參考下方代碼，其中要注意的是預(yù)分頻系數(shù)、周期以及PWM輸出的占空比等幾個(gè)參數(shù)的配置。

void buzzer_on(int freq)
{
timer_oc_parameter_struct timer_ocinitpara;
timer_parameter_struct timer_initpara;
timer_deinit(TIMER2);
/* initialize TIMER init parameter struct */
timer_struct_para_init(