基于STM32的PWM音樂播放器應(yīng)用設(shè)計t

摘要：基于32位的STM32F103，利用PWM產(chǎn)生的音頻信號驅(qū)動蜂鳴器演奏樂曲，實現(xiàn)了音樂播放器的應(yīng)用設(shè)計。該播放器能實現(xiàn)從低音到高音的21個音階，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，方案切實可行。這一方法也可用于電機控制、電子琴設(shè)計等方面，具有較好的實用性。
關(guān)鍵詞：STM32；PWM；蜂鳴器；定時器；音樂

在科研項目開發(fā)中，有時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，但該方法的缺點是播放的內(nèi)容不可變，不能很好地滿足項目需求。一般地，可采用89C51等單片機實現(xiàn)音樂播放，其播放內(nèi)容及歌曲數(shù)量都可以隨時修改，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72 MHz的主頻，高集成度、實時性、數(shù)字信號處理、低功耗、低電壓操作等眾多特點，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)部定時器產(chǎn)生PWM輸出信號，驅(qū)動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即為半周期的時間。通過程序控制單片機某引腳半周期為“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間即可。表1為C調(diào)時音符頻率對照表，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音，乘以2就提升該聲音一個8度音階，減半則降一個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)時間的長短，一般用拍數(shù)表示。至于1拍是多少秒，沒有嚴格的規(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)的時長。這樣，利用不同的頻率，加上與拍數(shù)對應(yīng)的延時，就構(gòu)成了樂曲。

2 STM32中的定時器
音階的產(chǎn)生與聲音頻率有關(guān)，為了實現(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，利用其自帶的定時器，通過PWM產(chǎn)生脈沖信號。STM32中一共有11個定時器，包含2個高級控制定時器、4個普通定時器、2個基本定時器，以及2個看門狗定時器和1個系統(tǒng)滴答定時器SysTiek。其中，TIM1和TIM8是高級定時器，時鐘由APB2的輸出產(chǎn)生。TIM2～TIM5是普通定時器，TIM6和TIM7是基本定時器，這6個定時器的時鐘由APB1的輸出產(chǎn)生。
2．1 定時時長的計算
定時器的一個主要功能就是到指定時間就會產(chǎn)生一個溢出事件，這個時間的設(shè)置與定時器時鐘有關(guān)，在定時器時鐘基礎(chǔ)上進行預(yù)分頻，設(shè)置計數(shù)溢出大小即可。