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。

? ? 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。

2．1．1 系統時鐘設置

要保證定時的準確性，必須先確保系統時鐘的設置是我們所預期的。定時器時鐘分配如圖1所示。通過編程使SYSCLK為72 MHz，APB1預分頻后得到PCLK1為36 MHz，再經TIM2～TIM7倍頻器得到TIM2～TIM7時鐘72 MHz。時鐘源多采用HSE(外部時鐘源)，對于STM32F103，其外部時鐘為8 MHz，而STM32F107外部時鐘為25 MHz，因此，在使用HSE做時鐘源時，這兩種器件產生SYSCLK的分頻和倍頻方式不同，需要使用者引起注意。

2．1．2 定時器相關參數設置

定時器的參數由結構體TimeBaselnitTypeDef定義，主要包括預分頻系數、時鐘分割、計數器模式、計數溢出大小等。例如，要由TIM3(定時器3)產生一個時長為1 s的定時，首先，應進行系統時鐘的設置，得到TIM3CLK=72MHz，然后進行定時器設置。其中，預分頻系數為35 999，此時，TIM3時鐘為72 MHz／36 000=2 kHz，無時鐘分割。設置計數溢出大小為1 999，即每計2 000個數就產生一個更新事件，輸出頻率為2 kHz／2 000=1 Hz。代碼如下：

2．2 STM32的PWM輸出

脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，簡而言之，就是實現對輸出信號脈沖寬度的控制，一般用來控制步進電機等。STM32的定時器除了TIM6和TIM7之外，其他的定時器都可以用來產生PWM輸出，其中，高級定時器TIM1和TIM8能夠產生3對PWM互補輸出，而TIM2～TIM5也能同時產生4路的PWM輸出。

2．2．1 PWM輸出引腳

STM32給不同的定時器分配了不同的輸出引腳，考慮到引腳復用功能，STM32還提出了一個“重映像”的概念，就是通過設置某一些相關的寄存器，使得在其他非原始指定的引腳上也能輸出PWM波形，但是這種重映像不是隨意的，使用方法可參照參考文獻。例如，TIM3的通道2，在沒有重映像的時候，指定的引腳是PA7。如果設置部分重映像之后，輸出就被映像到PB5上了；如果設置完全重映像的話，輸出就被映像到PC7上。

2．2．2 占空比的計算

占空比(Duty Ratio)有如下含義：在一串理想的脈沖周期序列(如方波)中，正脈沖的持續時間與脈沖總周期的比值。

? ? 當TIM_Period為1 999時，若想得到占空比50％，則TIM_Pulse應設置為(1999+1)／2=1000。具體設置如下：
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