基于STM32的PWM音樂播放器應用設計t

摘要：基于32位的STM32F103，利用PWM產生的音頻信號驅動蜂鳴器演奏樂曲，實現了音樂播放器的應用設計。該播放器能實現從低音到高音的21個音階，并能根據樂譜演奏完整的曲目。測試結果表明，PWM的輸出信號與各音階對應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、電子琴設計等方面，具有較好的實用性。
關鍵詞：STM32；PWM；蜂鳴器；定時器；音樂

在科研項目開發中，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等單片機實現音樂播放，其播放內容及歌曲數量都可以隨時修改，使用上相對方便。隨著STM32系列微處理器的出現，其基于ARM Cortex—M內核的32位閃存微控制器，高達72 MHz的主頻，高集成度、實時性、數字信號處理、低功耗、低電壓操作等眾多特點，使得其應用越來越廣泛。本文基于STM32處理器，根據樂曲簡譜制作供程序識別的樂譜，并利用內部定時器產生PWM輸出信號，驅動蜂鳴器完成自定義樂譜的播放。經測試，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，可以產生不同的音階，而要產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，即可產生該頻率的矩形波，接到蜂鳴器上就可發出該頻率的聲音。若想改變音階，只需要改變半周期時間即可。表1為C調時音符頻率對照表，據此可產生不同音階的音符。“#”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 節拍
若要構成音樂，光有音階是不夠的，還需要節拍，也就是音符持續時間的長短，一般用拍數表示。至于1拍是多少秒，沒有嚴格的規定，只要節拍適宜，聲音悅耳即可。假如某首歌曲的節奏是每分鐘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拍對應的時長。這樣，利用不同的頻率，加上與拍數對應的延時，就構成了樂曲。

2 STM32中的定時器
音階的產生與聲音頻率有關，為了實現不同音階，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生一個溢出事件，這個時間的設置與定時器時鐘有關，在定時器時鐘基礎上進行預分頻，設置計數溢出大小即可。