蜂鸣器使用说明

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简介

在我们具体的应用场合中往往都离不开 timer 的使用，本例程主要介绍了如何在 Titan Board 上使用 GPT (General Purpose Timer) 产生 PWM 信号，驱动无源蜂鸣器演奏一段旋律。

本示例的旋律选择了经典儿童歌曲 《两只老虎》，通过定时器动态调整 PWM 的频率，改变蜂鸣器的发声音调。

通过该示例，用户可以学习：

  • RA8 GPT 模块配置与 PWM 输出方法

  • RT-Thread 下 PWM 设备驱动框架的使用

  • 如何利用 PWM 占空比和频率合成不同音调，进而实现简单音乐播放

PWM / GPT 简介

无源蜂鸣器与PWM

  • 无源蜂鸣器 本质上是一个小型压电/电磁换能器，需要外部提供一定频率的交流（方波）以发声。

  • 音高由PWM 频率决定；响度/音色主要受占空比与驱动能力影响。常用 50% 占空比 得到基波最强、谐波较低的纯净音。

  • 若蜂鸣器额定电流较大（或板载GPIO不直驱），应使用 NPN/MOSFET 低边开关 + 二极管（电磁式）做保护；压电式一般无需续流二极管，但仍建议串联 100–1kΩ 电阻限流/降噪（依据实际器件与板卡而定）。

PWM 基本概念

  • 周期：一轮高低电平的总时间，记为 T。

  • 频率：f = 1 / T (单位 Hz)。

  • 占空比：高电平持续时间与周期之比，D = t_high / T。

  • 电平幅值：通常为 VCC（如 3.3V）。

用于蜂鸣器播放乐曲时：

  • 改变 频率 f → 改变音高；

  • 改变 保持时长 → 改变节拍与节奏；

  • 微调 占空比 D（常在 40–60%）→ 影响响度与音色。

RA8 GPT 概览（用于PWM）

  • GPT（General PWM Timer）：RA8 系列通用定时器，支持 PWM 输出，通常具备 A/B 两路输出（以 FSP/BSP 引脚映射为准）。

  • 典型能力：可配置 计数源/分频、周期/比较值、边沿对齐/中心对齐 等；亦支持互补与死区（多用于电机/驱动）。

  • 在 RT-Thread 下，通过 PWM 设备驱动 统一操作 GPT：只需设置 周期 (period) 与 脉宽 (pulse) 即可产生 PWM。

在 RT-Thread 中设置频率与占空比

rt_pwm_set(device, channel, period_ns, pulse_ns) 以纳秒为单位：

  • 周期 (ns)：T_ns = 10^9 / f

  • 高电平时间 (ns)：t_high = T_ns * D

例如 D=50% 时，t_high = T_ns / 2。

注意：period_ns/pulse_ns 通常为 32 位数值，建议避免过低频率导致周期过大；若需要极低频，可考虑软件定时或分段播放。

参考：RT-Thread PWM 设备

硬件说明

蜂鸣器的引脚为 PA07。

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FSP配置

  • FSP 配置使能 GPT7 为 PWM 模式：

image-20250730145155124

  • 并配置 Pins 使能 GPT7：

image-20250730145234806

RT-Thread Settings 配置

  • 在配置中打开 PWM7 使能：

image-20250814105748053

示例工程说明

为了演奏《两只老虎》，我们需要定义简谱对应的频率（单位：Hz）：

音符

频率(Hz)

C4

262

D4

294

E4

330

F4

349

G4

392

A4

440

B4

494

C5

523

实际输出频率会受 GPT时钟/分频/计数步进 量化影响，驱动会在可达范围内取最近值。若需要更准的音高，可优先挑选量化误差更小的频率（或调整系统时钟/分频）。

本例程的源码位于/project/Titan_basic_buzzer/src/buzzer.c：

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>

#define PWM_DEV_NAME        "pwm7"  /* PWM设备名称 */
#define PWM_DEV_CHANNEL     0       /* PWM通道 */

struct rt_device_pwm *pwm_dev;

typedef struct
{
    uint16_t freq;   // 频率Hz
    uint16_t duration; // 持续时间ms
} note_t;

note_t song[] =
{
    {262,400}, {294,400}, {330,400}, {262,400},  // 1 2 3 1
    {262,400}, {294,400}, {330,400}, {262,400},  // 1 2 3 1
    {330,400}, {349,400}, {392,800},             // 3 4 5
    {330,400}, {349,400}, {392,800},             // 3 4 5
    {392,200}, {440,200}, {392,200}, {349,200}, {330,400}, {262,400}, // 5 6 5 4 3 1
    {392,200}, {440,200}, {392,200}, {349,200}, {330,400}, {262,400}, // 5 6 5 4 3 1
    {262,400}, {196,400}, {262,400}, {0,400},    // 1(低) 7(低) 1 高 休止
    {262,400}, {196,400}, {262,400}, {0,400},    // 1 7 1 休止
};

static int buzzer_test(void)
{
    pwm_dev = (struct rt_device_pwm *)rt_device_find(PWM_DEV_NAME);
    if (!pwm_dev)
    {
        rt_kprintf("Cannot find PWM device %s\n", PWM_DEV_NAME);
        return -1;
    }

    for (size_t i = 0; i < sizeof(song)/sizeof(song[0]); i++)
    {
        if (song[i].freq == 0)
        {
            rt_pwm_disable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL);
        }
        else
        {
            uint32_t period_ns = 1000000000 / song[i].freq;  // ns
            uint32_t pulse_ns  = period_ns / 2;              // 50%

            rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period_ns, pulse_ns);
            rt_pwm_enable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL);
        }

        rt_thread_mdelay(song[i].duration);
    }

    rt_pwm_disable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL);
    return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(buzzer_test, Play song on buzzer);

编译&下载

  • RT-Thread Studio：在 RT-Thread Studio 的包管理器中下载 Titan Board 资源包，然后创建新工程，执行编译。

编译完成后，将开发板的 USB-DBG 接口与 PC 机连接，然后将固件下载至开发板。

运行效果

在串口终端输入 buzzer_sample 即可看到效果。蜂鸣器将播放 “两只老虎”。