STM32入门_PWM_蜂鸣器播放音乐本文介绍了PWM的基本概念，并介绍了STM32的PWM底层代码配置方法，采用不同频

0、前言

PWM技术在开关电源、电机控制等领域具有广泛的应用。STM32集成了多个定时器，可以配置输出PWM，掌握STM32配置PWM的方法，具有重要的应用意义。

1、 PWM基础概念

PWM（Pulse Width Modulation）是一种通过调节脉冲宽度来控制模拟信号的技术。其核心是通过改变占空比（高电平时间与周期的比值）来等效输出不同电压或功率。

频率（Frequency）：每秒脉冲周期数，单位为Hz。高频PWM适用于电机控制（如20kHz），低频PWM适用于LED调光（如500Hz）。
占空比（Duty Cycle）：高电平时间Ton占整个周期的比例，范围0%~100%。占空比越大，等效输出电压越高。

下图展示了利用PWM不同占空比等效不同电压，

2、配置PWM底层代码

步骤1：使能时钟源

使能时钟源为外部晶振，并配置调试接口。在这里插入图片描述

步骤2：配置时钟树

系统配置最大系统时钟72MHz，各个总线时钟按照最大时钟配置。在这里插入图片描述

步骤3：配置PWM输出引脚

STM32的高级定时器的框图如下所示[1]，高级定时器具有4个通道TIM1_CH1~TIM1_CH4，每个通道都可以独立配置输出不同形式的PWM，具有输出互补PWM的功能，可以用于无刷直流电机控制。本文仅使用TIM1的通道1，输出单路的PWM。STM32高级定时器的框图如下所示，在这里插入图片描述选择高级定时器TIM1，时钟选择内部时钟72MHz，配置通道1输出单路PWM，

步骤4：配置PWM频率、占空比

配置PWM频率的方法：计数器计数模式为向上计数（波形为锯齿波），通过配置计数器的计数器峰值决定PWM的频率，计数器峰值 = 定时器时钟频率/分频系数/PWM频率
配置PWM占空比的方法：计数器计数值小于比较值，PWM输出高，大于比较值，PWM输出高，通过配置比较值决定PWM的占空比，改变比较值可以改变PWM的占空比，，比较值 = 计数器峰值*占空比。

芯片一般会有专门的寄存器去存储计数器峰值、比较值，更改寄存器中的值，就可以改变PWM的频率与占空比，对于STM32芯片，计数峰值存放在TIMx_ARR寄存器，，比较值存放在TIMx_CCRx寄存器。

如下图配置TIM1的计数器峰值、比较值在PA8引脚上输出频率为4KHz，占空为50%的PWM，在这里插入图片描述 步骤5：生成底层配置代码

配置工程名称，选择对应的IDE，自动生成代码。STM32CubuMX使用细节可以参考: STM32入门_GPIO_STM32CubuMX配置点亮LED

在这里插入图片描述

3、蜂鸣器播放音乐

无源蜂鸣器是一种需要外部驱动信号才能发声的电子元件，内部不含振荡电路，必须通过方波、正弦波等周期性电信号驱动。STM32的PWM引脚输出不同频率、占空比的PWM信号可以驱动无源蜂鸣器发出不同的声音，频率决定音调，占空比决定强度。

步骤1：驱动蜂鸣器发声

生成底层配置代码后，添加开启定时器的代码，即可输出PWM信号驱动蜂鸣器发声，代码如下所示，

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1); //开启定时器
  /* USER CODE END 2 */

步骤2：基础音符实现

无源蜂鸣器频率与音符的对应关系如下表所示，利用定时器让蜂鸣器输出不同音符的关键点在于更改PWM频率，编写用于更新PWM频率的函数，代码如下，

/**
  * @brief 更新定时器PWM输出频率
  * @param htim：定时器
  * @param channel：PWM输出通道
  * @param pwm_freq：频率，单位Hz
  * @retval None
  */
void Tim_Update_PwmFreq(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t channel, uint32_t pwm_freq) 
{
    uint32_t new_arr = 0;
    new_arr = 72000000/7200/pwm_freq                  //计数器峰值= 定时器时钟频率/分频系数/PWM频率
    HAL_TIM_PWM_Stop(htim, channel);                  
    __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(htim, new_arr);          
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, channel, new_arr/2);  //保持50%占空比
    HAL_TIM_PWM_Start(htim, channel);
}

C调对应的频率数组如下，结合PWM频率更新函数即可演奏基础音阶。

uint16_t Note[21] ={131,147,165,175,196,221,248,
					262,294,330,350,393,441,495,
					525,589,661,700,786,882,990 };

步骤3：根据乐谱生成数组 歌曲的本质就是音调组合+节拍，节拍可以通过延时函数来实现，如四分音符是延时500ms。下面是小星星对应的频率、节拍数组，

// 小星星简谱对应频率（单位：Hz）
uint16_t tone[] = {
    262, 262, 392, 392, 440, 440, 392,   // 前4小节
    349, 349, 330, 330, 294, 294, 262,   // 后4小节
    392, 392, 349, 349, 330, 330, 294,
    392, 392, 349, 349, 330, 330, 294,
};

// 每个音符持续时间（单位：节拍）
uint16_t beat[] = {
    1,1,1,1,1,1,2,
    1,1,1,1,1,1,2,
    1,1,1,1,1,1,2,
    1,1,1,1,1,1,2,
};

//音乐播放
for(i = 0; i < 28; i++) 
{
	Tim_Update_PwmFreq(&htim1,TIM_CHANNEL_1,tone[i]); 
	HAL_Delay(beat[i]*500); 

  	HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_1);  //音符间隔
	HAL_Delay(50); 
}

4、测试

实际测试效果视频如下，

B站视频链接

5、参考

[1].RM0008 STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, STM32F105xx and STM32F107xx advanced Arm-based 32-bit MCUs (version 20)

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