51单片机之蜂鸣器

  是通过压电陶瓷的压电效应原理工作的。当加有交变电压时，压电陶瓷产生机械振动，使蜂鸣器发声。这种蜂鸣器一般会用一体化结构，具有频率稳定、音色优美、体积小、重量轻、耗电量低等优点。

  ② 电磁式蜂鸣器则是利用电磁感应原理工作的。它主要由线圈和磁铁组成，当电流通过线圈时产生磁场，与磁铁相互作用，使蜂鸣器发声。这种蜂鸣器一般会用分体结构，具有声音大、频率范围宽、重量重等优点。

  按照驱动方式分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器：(这里的“源”指的是“振荡源”)

  ① 有源蜂鸣器内部包含一个振荡电路，能将恒定的直流电转化为一定频率的脉冲信号，以此来实现磁场交变，带动蜂鸣器振动发音。它不需要额外的驱动电路，只要接通直流电源即可工作。有源蜂鸣器工作原理是靠压电效应，即利用压电材料（如压电陶瓷、压电薄膜等）在收到外部作用力作用时产生电压的特性，将电能转化为声能。有源蜂鸣器的优点是程序控制方便，接通直流电源就可以工作，程序简单。但由于内部包含振荡电路，因此成本相比来说较高，且声音频率固定。

  ② 无源蜂鸣器内部不带振荡源，因此不能直接将直流电转化为声能。它需要接收 2K~5K 的方波信号才能工作，通过外部电路产生振荡信号来驱动蜂鸣器发音。通过调整输入方波信号的占空比，能控制蜂鸣器的音量；改变输入方波信号的频率，能控制蜂鸣器的音调(音量指声音的强弱，即声音的振动幅度；音调指声音的高低，即声音的振动频率)。无源蜂鸣器的优点是价格相比来说较低，且声音频率可控，能轻松实现音乐中的基本七音符效果。但由于需要额外的驱动电路，因此在使用上相对较复杂。

  在蜂鸣器电路中，蜂鸣器电流通常相对较大，这就从另一方面代表着直接将蜂鸣器连接到单片机的输出引脚可能会超过设备的最大驱动能力，因此导致单片机的输出引脚过载，因此可能会导致设备损坏或者蜂鸣器无法正常工作。未解决这个问题，一般常用“三极管驱动”和“集成电路ULN2003驱动”的方式来进行实现。

  三极管具有放大电流的能力，它可以将单片机或其他控制设备的微小电流放大到足以驱动蜂鸣器的电流。这样，既可保护单片机或其它控制设备不被过大的电流损坏，也能够保证蜂鸣器能战场工作。此外，还加了一个100欧姆的电阻作为限流电阻，用来限制电流的大小，防止由于电流过大而可能对电路中的其他元件造成损害。

  此外还加了一个 D4二极管，这个二极管称为续流二极管。蜂鸣器是感性器件，当三极管导通给蜂鸣器供电时，就会有导通电流流过蜂鸣器。电感的一个特点就是电流不能突变，导通时电流是逐渐加大的，这点没问题，但当关断时，“电源-三极管-蜂鸣器-地”这条回路就截断了，过不了任何电流，那么储存的电流往哪儿去呢，就是经过D4 和蜂鸣器自身的环路来消耗掉了，从而就避免了关断时由于电感电流造成的反向冲击。接续关断时的电流，这就是续流二极管名称的由来。

  ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等负载。它是由7对NPN达林顿管组成的，单个达林顿对的集电极电流为500mA，达林顿管并联还能承受更大的电流。该电路具有高电压输出特性，最高输出电压可达50V。同时，电路中的阴极钳位二极管能转换感应负载，并且吸收从感应负载流出的反向电流，防止晶体管受损。此电路主要使用在于继电器驱动器、字锤驱动器、灯驱动器、显示驱动器（LED气体放电）、线路驱动器和逻辑缓冲器。每对达林顿管都有一个2.7kΩ的串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置相连(达林顿管的基极足够灵敏，可以响应来自开关或直接来自TTL或5V CMOS逻辑门的任何小输入电流)。

  达林顿管，也被称为复合管，是一种电子元件，由两个晶体管以串联的方式连接而成，形成一个等效的新晶体管。这种等效三极管的放大倍数是原始两个三极管的乘积，因此它具有超高放大倍数的特性。达林顿管的作用通常是在高灵敏度放大电路(例如大功率开关电路)中放大非常小的信号。在电子电路设计中，达林顿连接常用于功率放大器和稳压电源。

  通过学习上面的内容我们大家都知道，声音的高低对应不同的震动频率，即不同的音符对应不同的输入信号频率，我们大家可以通过改变外部输入的方波信号的频率来实现不同声音的播放。

  为了后续编程方便，我们将每个声音保持的最小时长称为一个节拍，按照节拍数对声音的保持时间进行设置。

  对于我们这些对音乐一窍不通的人来说可通过相关软件工具，Music Encode软件会依据输入的歌曲音符自动生成相应的代码程序。用蜂鸣器来输出音乐，仅仅是好玩而已，应用很少，里面包含了音阶、乐谱的相关联的内容，只做简单的了解即可。