蜂鸣器实验

Lab7实验报告：蜂鸣器实验

一、实验介绍

蜂鸣器属于声音模块，一般可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源和无源 是指内部是否有震荡源。有源蜂鸣器内置振荡器，没有频率变化，直接接上合适 的直流电源即可发声，常用于发出单一的提示性报警声音；无源蜂鸣器由于内部 没有震荡源，所以其驱动方式为脉冲频率调制（Pulse-Frequency Modulation，PFM）， 可以通过调控脉冲频率发出不同频率的声音信号。本次实验任务为利用蜂鸣器播 放一段音乐（音乐自选），并通过编程控制蜂鸣器发出相应的音符。

二、实验原理

1. 有源蜂鸣器：
2. 内部含有振荡电路，可以将恒定的直流电转化为一定频率的脉冲信号，因此只需给它施加合适的直流电压即可让它发出声音。

3. 在本实验中使用的有源蜂鸣器为低电平触发，即当GPIO引脚设置为低电平时，蜂鸣器会响起；反之则停止发声。

4. 无源蜂鸣器：

5. 没有内置驱动电路，必须由外部提供特定频率的方波信号才能工作。由于声音频率可控，可以发出“do re mi fa so la xi”的声效。在一些特例中，可以和 LED 复用一个控制口。
6. PFM（Pulse-Frequency Modulation）是一种仅使用两个电平（高/低）表示模拟信号的调制方式，在这里用来生成可变频率的脉冲序列以驱动无源蜂鸣器。

7. PWM（Pulse-Width Modulation）虽然不是本次实验的重点，但作为一种常见的调制技术，它同样适用于控制蜂鸣器或其他设备的输出特性。

8. 编程思路：

9. 对于有源蜂鸣器，只需要简单地配置对应的GPIO引脚状态为高或低就可以控制其开关。
10. 对于无源蜂鸣器，则需要创建一个包含多个音符频率值的列表，并依次遍历这个列表，每次根据当前音符设定适当的PWM频率，使蜂鸣器按照指定旋律发声。

三、实验步骤

（1）有源蜂鸣器实验

1. 硬件连接：
2. 连接Raspberry Pi、T型转接板和有源蜂鸣器模块之间的I/O、VCC3.3V和GND引脚。
3. 通电后，蜂鸣器会发出持续的“滴滴”声音。

（2）无源蜂鸣器实验

1. 硬件连接：
2. 连接Raspberry Pi、T型转接板和无源蜂鸣器模块之间的I/O、VCC和GND引脚。

3. 确保选择支持PWM输出的GPIO引脚（本次使用GPIO11，BCM编号）。

4. 编写代码：

5. 导入RPi.GPIO和pigpio库，设置蜂鸣器的GPIO引脚和频率参数。
6. 编写函数play_music()，该函数定义了一系列音符及其对应的频率，并通过循环调用这些频率来驱动蜂鸣器发出音乐。

程序框图：

flowchart TD
    A[开始] --> B{设置GPIO引脚}
    B --> C{播放音乐}
    C --> D{设置频率}
    D --> E{等待}
    E --> C

import RPi.GPIO as GPIO
import pigpio
import time

BUZZER_PIN = 18

pi = pigpio.pi()

# 音符及其对应频率（Hz）
NOTES = {
    "C4": 262,
    "D4": 294,
    "E4": 330,
    "F4": 349,
    "G4": 392,
    "A4": 440,
    "B4": 494,
    "C5": 523,
    "D5": 587,
    "E5": 659,
    "F5": 698,
    "G5": 784,
    "A5": 880,
    "B5": 988,
}

MELODY = [
    "C4",
    "D4",
    "E4",
    "C4",
    "E4",
    "D4",
    "C4",
    "C4",
    "D4",
    "D4",
    "E4",
    "E4",
    "C4",
    "D4",
    "E4",
]


def set_frequency(freq):
    """通过PWM设置蜂鸣器的频率"""
    pi.hardware_PWM(BUZZER_PIN, freq, 500000)


def play_music(melody):
    try:
        for note in melody:
            if note in NOTES:
                set_frequency(NOTES[note])
                time.sleep(0.5)  # 每个音符持续0.5秒
                set_frequency(0)  # 停止发声
                time.sleep(0.1)  # 间隔0.1秒

    except KeyboardInterrupt:
        print("Music stopped by user")

    finally:
        pi.stop()
        GPIO.cleanup()


if __name__ == "__main__":
    print("Playing music...")
    play_music(MELODY)

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