蜂鸣器驱动设计

由于这里要介绍两种驱动方式的方法，所以在设计模块系统中将两种驱动方式做到一块，即程序里边不仅介绍了PWM 输出口驱动蜂鸣器的方法，还要介绍I/O 口驱动蜂鸣器的方法。所以，我们将设计如下的一个系统来说明单片机对蜂鸣器的驱动：系统有两个他激蜂鸣器，频率都为100Hz，一个由I/O 口进行控制，另一个由PWM 输出口进行控制；系统还有两个按键，一个按键为PORT 按键，I/O 口控制的蜂鸣器不鸣叫时按一次按键I/O 口控制的蜂鸣器鸣叫，再按一次停止鸣叫，另一个按键为PWM 按键，PWM 口控制的蜂鸣器不鸣叫时按一次按键PWM输出口控制的蜂鸣器鸣叫，再按一次停止鸣叫。

结构原理

1．电压式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出100~500HZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

压电蜂鸣片 由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

2．电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

蜂鸣器工作发声原理图

蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成，而蜂鸣器又分为无源他激型与有源自激型。

无源他激型蜂鸣器的工作发声原理是：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出，无源他激型蜂鸣器的工作发声原理图如图1：

有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号，有源自激型蜂鸣器的工作发声原理图如图2：

电路原理图

如图3 所示，使用SH69P43 为控制芯片，使用4MHz 晶振作为主振荡器。

PORTC.3/T0 作为I/O 口通过三极管Q2 来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0 则作为PWM 输出口通过三极管Q1 来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分别接了两个按键，一个是PWM 按键，是用来控制PWM 输出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是PORT 按键，是用来控制I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O 口开内部上拉电阻。

软件设计方法

先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是100Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是10000μs，由于是1/2duty 的信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为5000μs。软件设计上，我们将根据两种驱动方式来进行说明。

a) PWM 输出口直接驱动蜂鸣器方式

由于PWM 只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM 的输出波形进行设置。

首先根据SH69P43 的PWM 输出的周期宽度是10 位数据来选择PWM 时钟。系统使用4MHz 的晶振作为主振荡器，一个tosc 的时间就是0.25μs，若是将PWM 的时钟设置为tosc 的话， 则蜂鸣器要求的波形周期500μs 的计数值为500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 为11 位的数据，而SH69P43 的PWM

输出周期宽度只是10 位数据，所以选择PWM 的时钟为tosc 是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。

这里我们将PWM 的时钟设置为4tosc，这样一个PWM 的时钟周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 对应的计数值为500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三个寄存器中填入1、F 和4，就完成了对输出周期的设置。再来设置占空比寄存器，在PWM 输出中占空比的实现是

通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250μs 的宽度计数值为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 位中分别填入0、F 和A 就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2duty。

以后只需要打开PWM 输出，PWM 输出口自然就能输出频率为100Hz、占空比为1/2duty 的方波。

b) I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式

使用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500μs，占空比为1/2duty 的方波，只需要每250μs 进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4)，在TIMER0 的载入/计数寄存器的高4 位和低4 位分别写入00H 和06H，就能将TIMER0 的中断设置为250μs。当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的*（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。

蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。

1．蜂鸣器

发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。

2．续流二极管

蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。

3．滤波电容

滤波电容C1的作用是滤波，滤除蜂鸣器电流对其它部分的影响，也可改善电源的交流阻抗，如果可能，最好是再并联一个220uF的电解电容。

4．三极管

三极管Q1起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。

由于自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音，很简单，这里就不对自激蜂鸣器进行说明了。这里只对必须用1/2duty 的方波信号进行驱动的他激蜂鸣器进行说明。

单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

PWM 输出口直接驱动是利用PWM 输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM 口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只要打开PWM 输出，PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为100Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为10000μs，这样只需要把PWM 的周期设置为10000μs，占空比电平设置为5000μs，就能产生一个频率为100Hz 的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。

而利用I/O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为100Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为10000μs，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O 口每5000μs 翻转一次电平就可以产生一个频率为100Hz，占空比为1/2duty 的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。

在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。这里对单片机在蜂鸣器驱动上的应用作一下描述。

BUZZER蜂鸣器的分类：

1、按其驱动方式的原理分，可分为：有源蜂鸣器（内含驱动线路，也叫自激式蜂鸣器）和无源蜂鸣器（外部驱动，也叫他激式蜂鸣器）；

2、按构造方式的不同，可分为：电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器；

3、按封装的不同，可分为：DIP BUZZER（插针蜂鸣器）和SMD BUZZER（贴片式蜂鸣器）；

4、按电流的不同，可分为：直流蜂鸣器和交流蜂鸣器，其中，以直流最为常见压电式蜂鸣器，用的是压电材料，即当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。同样，当通电时压电材料会发生形变。

电磁式蜂鸣器，主要是利用通电导体会产生磁场的特性，用一个固定的永久磁铁与通电导体产生磁力推动固定在线圈上的鼓膜。

由于两种蜂鸣器发音原理不同，压电式结构简单耐用但音调单一，适用于报警器等设备。而电磁式由于音质好，所以多用于语音、音乐等设备。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器

教你区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图4中a、b所示。

图5：有源和无源蜂鸣器的外观

a)有源 b)无源

从图4中a、b外观上看，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂鸣器a，高度为9mm，而无源蜂鸣器b的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。

迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器 "-"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。

有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：

注意：这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。

也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫；

而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的方波去驱动它

有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。

无源蜂鸣器的优点是：

1. 便宜

2. 声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果

3. 在一些特例中，可以和LED复用一个控制口

有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便。

压电陶瓷蜂鸣器

概述:

压电蜂鸣片 由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。超声波电机就是利用相关的性质制成。

工作原理:

电路图如图6：

三极管BG1和BG2等组成两级直耦式低频放大电路，在放大器输入端BG1管的基极与放大器输出端BG2管的集电极之间接入一块压电陶瓷片HTD。在这 里，HTD既是反馈元件（利用极间分布电容），又是发音元件，从而简化了电路。

电阻R1是BG1管的偏置电阻，其阻值大小一方面决定电路工作电流，同时对发音音调的高低也有很大的影响。R1阻值增大，HTD频率变低，R1阻值减小，HTD频率变高。电阻R2是三极管BG2的集电极负载电阻。电容C1是BG1管的负反馈电容，改变其容量大小，可改变HTD的发音。

优点：

压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好,造价低廉的特点和良好的频率特性。因此它广泛应用于各种电器产品的报警，造价低廉的特点和良好的频率特性、灵敏度高压电式蜂鸣器具有体积小。最常见的莫过于音乐贺卡、电子门铃和电子玩具等小型电子用品上作发声器件、耗电省、可靠性好、电子手表、发声用途、袖珍计算器。

电磁式蜂鸣器

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成，接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

电磁式蜂鸣器广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

电式蜂鸣器是以压电陶瓷的压电效应，来带动金属片的振动而发声；电磁式蜂鸣器，则是用电磁的原理，通电时将金属振动膜吸下，不通电时依振动膜的弹力弹回，故压电式蜂鸣器是以方波来驱动，电磁式是1/2方波驱动，压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压,一般建议为9V以上。压电的有些规格，可以达到120dB以上，较大尺寸的也很容易达到100dB。

电磁式蜂鸣器:用1.5V就可以发出85dB以上的音压了，唯消耗电流会大大的高于压电式蜂鸣器，而在相同的尺寸时，电磁式的蜂鸣器，响应频率可以做的比较低；电磁式蜂鸣器的音压一般最多到90dB.机械式蜂鸣器是电磁式蜂鸣器中的一个小类别。

电磁式蜂鸣器工艺流程：

磁环老化（包括时效老化和高低温老化）、清磁、铆插针、插针、加锡、点骨架、绕线、胶磁环、点焊（贴片式）或胶线路板（插针式）、通断测试、点焊处加锡、焊点涂703胶水、清磁、半成品高低温老化、装配（装上膜片，装入塑壳）、一次测试（12VDC高16VDC低4.5VDC）、浇环氧、切脚、测听、工装老化、高温声波测试、三次测试、印字、外观检查、交收检验、贴封口纸、包装

压电式蜂鸣器工艺流程：

压电片量电容、组容表量、焊压电片导线、放压电片、浇压电片、1600H、胶、盖盖板、测试、浇环氧、老化、测听、印字、外观检查、贴封口纸、包装

蜂鸣片也叫压电陶瓷蜂鸣片，是压电陶瓷中应用最广的产品之一。蜂鸣片是压电蜂鸣器的主要部件。

蜂鸣片的构成

蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

蜂鸣片的原理

蜂鸣片是利用压电效应原理工作的，当对其施加交变电压时它会产生机械振动；反之，对其施加机械作用力时它也会产生电压信号。因此，可以将压电陶瓷蜂鸣片变通作为振动传感器使用。压电陶瓷蜂鸣片受到机械作用力时产生的电压信号很微弱，作振动传感器使用一般应连接电压放大器。

蜂鸣片的质量辨别

用机械万用表可以方便的检测蜂鸣片的好坏，方法是：

将万用表拨至25V档，左手拇指与食指轻轻捏住蜂鸣片的两面，右手持两只表笔，红笔接近薯片，黑笔横放在蜂鸣片的表面，然后左手拇指与食指用力压紧一下，随即放松，蜂鸣片上就先后产生两个极性相反的电压信号，使指针向右摆-回零-向左摆-回零，摆幅约0.1~0.15V。若交换表笔位置后重新试验，指针摆动的顺序为向左摆-回零-向右摆-回零。在压力相同的情况下，指针摆幅愈大，蜂鸣片的灵敏度越高，若指针不动，说明蜂鸣片内部漏电或受损。

蜂鸣器（英文Buzzer）是一种一体化结构的电子讯响器，属于电子元器件的一种，采用直流电压或者交流电压供电，广泛应用领域：计算机行业（主板蜂鸣器，机箱蜂鸣器，电脑蜂鸣器）打印机（控制板蜂鸣器）、复印机、报警器行业（报警蜂鸣器，警报蜂鸣器）、电子玩具（音乐蜂鸣器）、农业 、汽车电子设备行业（车载蜂鸣器，倒车蜂鸣器，汽车蜂鸣器，摩托车蜂鸣器）电话机（环保蜂鸣器）、定时器，空调，医疗设备等电声行业。 环境监控 。

蜂鸣器的种类规格繁多,需先知道几个参数 ( 电压,电流,驱动方式,尺寸,连接/固定方式),当然更重要的是,想要获的声音 (音压大小,频率高低).

工作电压:电磁式蜂鸣器, 从1.5到24V, 压电式的从3V到220V都是可行的,但一般压电的还是建议有9V以上的电压,以获得较大的声音.

消耗电流: 电磁式的依电压的不同,从几十到上百毫安培都有,压电式的就省电的多,几毫安培就可以正常的动作, 且在蜂鸣器启动时,瞬间需消耗约三倍的电流,

驱动方式: 二种蜂鸣器都有自激式的,只要接上直流电(DC)即可发声,因为已内建了驱动线路在蜂鸣器中了,因为动作原理的不同,电磁式蜂鸣器要用1/2方波来驱动,压电的用方波,才能有较好的声音输出.

尺寸:蜂鸣器的尺寸会影响到音量的大小,频率的高低,电磁式的最小从7mm到最大的25mm,压电式的从12mm到50mm或更大都有.

连接方式: 一般常见的有插针(DIP), 焊线(Wire), 贴片(SMD), 压电式大颗的还有锁螺丝的方式.

音压: 蜂鸣器常以10cm的距离做为测试的标准,距离增加一倍,大概会衰减6dB, 反之距离缩短一倍则会增加6dB,电磁式蜂鸣器大约能达到85dB / 10cm的水准,压电式的就可以做的很大声,常见的警报器,大都是以压电蜂鸣器制成。

蜂鸣器是不能用做矿石收音机的，因为，蜂鸣器内部有一个振荡电路，通上电源后就会驱动内部的一个微型喇叭发出蜂鸣声。蜂鸣器可不是一个单纯的小喇叭。另外，蜂鸣器有两种。一种是，内部自带振荡器的；一种是，需要外接一个振荡器的，也就是一个普通的微型喇叭。对于不带振荡器的那种，也是不能用的，因为它的电阻一般为32欧姆左右，也有8欧或16欧的。这些都属于低阻抗的，所以不能用。

如果没有高阻耳机，也可以用一个电源变压器，一般为6V或12V的那种电源变压器，功率选用3到5W左右的那种，因为那种变压器的初级线径很细，圈数也多，阻抗也很大。目的就是为了使负载获得良好的阻抗匹配，使负载获得最大功率。使用方法是这样的：把变压器的初级（接220V的那个绕组）接到原来要接高阻耳机的那个地方；次级接你的普通耳机就可以了。

压电蜂鸣器实际上有三种商品形式，即压电蜂鸣器复合体，压电蜂鸣器发声体和压电蜂鸣器，以适应市场上的不同需要。不管何种形式，其用途都离不开报警、判断和通知三种。报警用的压电蜂鸣器用于火灾、烟浓度、漏气、防盗及汽车用的报警，通知用的压电蜂鸣器在探鱼机、仪器、医疗设备、自动售货机、洗衣机、电炉等作为通知使用，比光指示更为有利，另外，具有模拟声、复合声的压电蜂鸣器还可用于玩具，电视游戏等方面。

驱动方式：若无法提供频率信号给蜂鸣器工作，可考虑用内含驱动线路，给予直流电压即可。另有直音，快断音，慢断音不同的声响信号

尺寸大小：尺寸会影响频率，小尺寸频率会较高

电压大小：以VO-P计算，以方波驱动，电压越高，音量越高

pinpitch：压电式蜂鸣器的规格众多，往往不易找到一模一样的规格，可先挑pitch一样，频率接近的试用。

音乐蜂呜器与电子蜂鸣器的区别如下。

(1)电子蜂呜器由分立元件组成，音乐蜂鸣器的核心元件是音乐集成电路（将分立元件集合在一起封装）。

(2)当按下电子蜂呜器的开关S之后，音乐集成电路能驱动压电陶瓷片发出音乐声来。电子蜂鸣器只发频率单一的蜂呜声，而音乐蜂鸣器则能发出阅耳的音乐声。因此将这类蜂鸣器称为音乐蜂鸣器。