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1、壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。

多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后(1.5~15V直流工作電壓),多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號,阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。

壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極,經(jīng)極化和老化處理后,再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。

2、電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。

接通電源后,振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下,周期性地振動發(fā)聲。

1、制備電磁鐵M:在長約6厘米的鐵螺栓上繞100圈導(dǎo)線,線端留下5厘米作引線,用透明膠布把線圈粘好,以免線圈松開,再用膠布把它粘在一個盒子上,電磁鐵就做好了。

2、制備彈片P:從鐵罐頭盒上剪下一條寬約2厘米的長鐵片,彎成直角,把電磁鐵的一條引線接在彈片上,再用膠布把彈片緊貼在木板上。

3、用曲別針做觸頭Q,用書把曲別針墊高,用膠布粘牢,引出一條導(dǎo)線,如圖連接好電路。

4、調(diào)節(jié)M與P之間的距離(通過移動盒子),使電磁鐵能吸引彈片,調(diào)節(jié)觸點與彈片之間的距離,使它們能恰好接觸,通電后就可以聽到蜂鳴聲。

教你區(qū)分有源蜂鳴器和無源蜂鳴器

有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的外觀如圖a、b所示。

圖:有源和無源蜂鳴器的外觀

a)有源 b)無源

從圖a、b外觀上看,兩種蜂鳴器好像一樣,但仔細(xì)看,兩者的高度略有區(qū)別,有源蜂鳴器a,高度為9mm,而無源蜂鳴器b的高度為8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時,可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器,沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。

迸一步判斷有源蜂鳴器和無源蜂鳴器,還可以用萬用表電阻檔Rxl檔測試:用黑表筆接蜂鳴器 "-"引腳,紅表筆在另一引腳上來回碰觸,如果觸發(fā)出咔、咔聲的且電阻只有8Ω(或16Ω)的是無源蜂鳴器;如果能發(fā)出持續(xù)聲音的,且電阻在幾百歐以上的,是有源蜂鳴器。

有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲;而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣,需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。

有源蜂鳴器與無源蜂鳴器的區(qū)別:

注意:這里的"源"不是指電源,而是指震蕩源。

也就是說,有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源,所以只要一通電就會叫;

而無源內(nèi)部不帶震蕩源,所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K-5K的方波去驅(qū)動它

有源蜂鳴器往往比無源的貴,就是因為里面多個震蕩電路。

無源蜂鳴器的優(yōu)點是:

1、便宜

2、聲音頻率可控,可以做出"多來米發(fā)索拉西"的效果

3、在一些特例中,可以和LED復(fù)用一個控制口

有源蜂鳴器的優(yōu)點是:程序控制方便。

在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計上,很多方案都會用到蜂鳴器,大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警,比如按鍵按下、開始工作、工作結(jié)束或是故障等等。這里對單片機(jī)在蜂鳴器驅(qū)動上的應(yīng)用作一下描述。

由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動的,不需要利用交流信號進(jìn)行驅(qū)動,只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音,很簡單,這里就不對自激蜂鳴器進(jìn)行說明了。這里只對必須用1/2duty 的方波信號進(jìn)行驅(qū)動的他激蜂鳴器進(jìn)行說明。

單片機(jī)驅(qū)動他激蜂鳴器的方式有兩種:一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動,另一種是利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。

PWM 輸出口直接驅(qū)動是利用PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置PWM 口的輸出的,可以設(shè)置占空比、周期等等,通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后,只要打開PWM 輸出,PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波,這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動,可以知道周期為500μs,這樣只需要把PWM 的周期設(shè)置為500μs,占空比電平設(shè)置為250μs,就能產(chǎn)生一個頻率為2000Hz 的方波,通過這個方波再利用三極管就可以去驅(qū)動這個蜂鳴器了。

而利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比較麻煩一點,必須利用定時器來做定時,通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形,這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。比如為2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動,可以知道周期為400μs,這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的I/O 口每200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為2500Hz,占空比為1/2duty 的方波,再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。

由于蜂鳴器的工作電流一般比較大,以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動的*(但AVR可以驅(qū)動小功率蜂鳴器),所以要利用放大電路來驅(qū)動,一般使用三極管來放大電流就可以了。

蜂鳴器驅(qū)動電路一般都包含以下幾個部分:一個三極管、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電容。

1、蜂鳴器

發(fā)聲元件,在其兩端施加直流電壓(有源蜂鳴器)或者方波(無源蜂鳴器)就可以發(fā)聲,其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動方式(直流/方波)等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。

2、續(xù)流二極管

蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件,其電流不能瞬變,因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則,在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓,可能損壞驅(qū)動三極管,并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。

3、濾波電容

濾波電容C1的作用是濾波,濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響,也可改善電源的交流阻抗,如果可能,最好是再并聯(lián)一個220uF的電解電容。

4、三極管

三極管Q1起開關(guān)作用,其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通,使蜂鳴器發(fā)聲;而基極低電平則使三極管關(guān)閉,蜂鳴器停止發(fā)聲。

由于這里要介紹兩種驅(qū)動方式的方法,所以在設(shè)計模塊系統(tǒng)中將兩種驅(qū)動方式做到一塊,即程序里邊不僅介紹了PWM 輸出口驅(qū)動蜂鳴器的方法,還要介紹I/O 口驅(qū)動蜂鳴器的方法。所以,我們將設(shè)計如下的一個系統(tǒng)來說明單片機(jī)對蜂鳴器的驅(qū)動:系統(tǒng)有兩個他激蜂鳴器,頻率都為2000Hz,一個由I/O 口進(jìn)行控制,另一個由PWM 輸出口進(jìn)行控制;系統(tǒng)還有兩個按鍵,一個按鍵為PORT 按鍵,I/O 口控制的蜂鳴器不鳴叫時按一次按鍵I/O 口控制的蜂鳴器鳴叫,再按一次停止鳴叫,另一個按鍵為PWM 按鍵,PWM 口控制的蜂鳴器不鳴叫時按一次按鍵PWM輸出口控制的蜂鳴器鳴叫,再按一次停止鳴叫。

如圖1-3 所示,使用SH69P43 為控制芯片,使用4MHz 晶振作為主振蕩器。

PORTC.3/T0 作為I/O 口通過三極管Q2 來驅(qū)動蜂鳴器LS1,而PORTC.2/PWM0 則作為PWM 輸出口通過三極管Q1 來驅(qū)動蜂鳴器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分別接了兩個按鍵,一個是PWM 按鍵,是用來控制PWM 輸出口驅(qū)動蜂鳴器使用的;另一個是PORT 按鍵,是用來控制I/O 口驅(qū)動蜂鳴器使用的。連接按鍵的I/O 口開內(nèi)部上拉電阻。

軟件設(shè)計方法

先分析一下蜂鳴器。所使用的蜂鳴器的工作頻率是2000Hz,也就是說蜂鳴器的驅(qū)動信號波形周期是500μs,由于是1/2duty 的信號,所以一個周期內(nèi)的高電平和低電平的時間寬度都為250μs。軟件設(shè)計上,我們將根據(jù)兩種驅(qū)動方式來進(jìn)行說明。

a、PWM 輸出口直接驅(qū)動蜂鳴器方式

由于PWM 只控制固定頻率的蜂鳴器,所以可以在程序的系統(tǒng)初始化時就對PWM 的輸出波形進(jìn)行設(shè)置。

首先根據(jù)SH69P43 的PWM 輸出的周期寬度是10 位數(shù)據(jù)來選擇PWM 時鐘。系統(tǒng)使用4MHz 的晶振作為主振蕩器,一個tosc 的時間就是0.25μs,若是將PWM 的時鐘設(shè)置為tosc 的話, 則蜂鳴器要求的波形周期500μs 的計數(shù)值為500μs/0.25μs=(2000)10=(7D0)16,7D0H 為11 位的數(shù)據(jù),而SH69P43 的PWM

輸出周期寬度只是10 位數(shù)據(jù),所以選擇PWM 的時鐘為tosc 是不能實現(xiàn)蜂鳴器所要的驅(qū)動波形的。

這里我們將PWM 的時鐘設(shè)置為4tosc,這樣一個PWM 的時鐘周期就是1μs 了,由此可以算出500μs 對應(yīng)的計數(shù)值為500μs/1μs=(500)10=(1F4)16,即分別在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三個寄存器中填入1、F 和4,就完成了對輸出周期的設(shè)置。再來設(shè)置占空比寄存器,在PWM 輸出中占空比的實現(xiàn)是

通過設(shè)定一個周期內(nèi)電平的寬度來實現(xiàn)的。當(dāng)輸出模式選擇為普通模式時,占空比寄存器是用來設(shè)置高電平的寬度。250μs 的寬度計數(shù)值為250μs/1μs=(250)10=(0FA)16。只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分別填入0、F 和A 就可以完成對占空比的設(shè)置了,設(shè)置占空比為1/2duty。

以后只需要打開PWM 輸出,PWM 輸出口自然就能輸出頻率為2000Hz、占空比為1/2duty 的方波。

b、I/O 口定時翻轉(zhuǎn)電平驅(qū)動蜂鳴器方式

使用I/O 口定時翻轉(zhuǎn)電平驅(qū)動蜂鳴器方式的設(shè)置比較簡單,只需要對波形分析一下。由于驅(qū)動的信號剛好為周期500μs,占空比為1/2duty 的方波,只需要每250μs 進(jìn)行一次電平翻轉(zhuǎn),就可以得到驅(qū)動蜂鳴器的方波信號。在程序上,可以使用TIMER0 來定時,將TIMER0 的預(yù)分頻設(shè)置為/1,選擇TIMER0 的始終為系統(tǒng)時鐘(主振蕩器時鐘/4),在TIMER0 的載入/計數(shù)寄存器的高4 位和低4 位分別寫入00H 和06H,就能將TIMER0 的中斷設(shè)置為250μs。當(dāng)需要I/O 口驅(qū)動的蜂鳴器鳴叫時,只需要在進(jìn)入TIMER0 中斷的時候?qū)υ揑/O 口的電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)一次,直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候,將I/O 口的電平設(shè)置為低電平即可。不鳴叫時將I/O 口的輸出電平設(shè)置為低電平是為了防止漏電。