一文掌握51单片机蜂鸣器使用：原理、电路到编程实战

一文掌握51单片机蜂鸣器使用：原理、电路到编程实战

蜂鸣器是单片机应用中常见的输出设备，可以发出声音信号，用于提示或报警。本文将详细介绍蜂鸣器的类型、工作原理以及在51单片机中的使用方法，包括硬件连接和软件编程。

一. 蜂鸣器的介绍

1.蜂鸣器介绍

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，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。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

2.压电式蜂鸣器 （无源蜂鸣器）

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。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 1.5～5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

3.电磁式蜂鸣器 （有源蜂鸣器）

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。

4.区别

对于无源蜂鸣器，如果改变频率就可以调节蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。如果改变输出电平的高低电平占空比，则可以改变蜂鸣器的声音大小。

对于有源蜂鸣器，通常内部已经固定了频率，对于调节频率或占空比可能改不了蜂鸣器的音调和音量，当然也有的有源蜂鸣器可以实现和无源蜂鸣器一样的效果。

其实一句话就可概括它们之间的区别，想要压电式蜂鸣器发声，需提供一定频率的脉冲信号；想要电磁式蜂鸣器发声，只需提供电源即可。

注意：有源与无源指的是内部有无LCD振荡电路。

5.本单片机所使用的蜂鸣器

我们开发板上使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器，属于压电式蜂鸣器类型。这里说的有源和无源，并不是指电源的意思，而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路，有源蜂鸣器内部自带振荡电路，只需提供电源即可发声，而无源蜂鸣器则需提供一定频率的脉冲信号才能发声，频率大小通常在 1.5-5KHz 之间。蜂鸣器实物图如下图所示：

这里的蜂鸣器长脚为正，短脚为负。

二. 蜂鸣器放大电路原理

由于单片机内直接产生的电流过小无法使蜂鸣器正常工作，因此我们需要运用放大电路进行电流放大，下面是两种不同的放大方式：

1. 三极管放大电路

（1）三极管介绍

1.半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。

2.晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

两种不同的三极管内部电流：

3.对于单片机运用而言的一些使用区别：

PNP、NPN 表示的意思是什么。P表示正、N表示负。

NPN表示平时为高电平输入，信号到来时信号为低电平输出.

PNP表示平时为低电平输入，信号到来时信号为高电平输出。

4.以NPN为例图解放大电路

（2）三极管放大电路

左图为共阳极，右图为共阴极，且图中Buzzer指蜂鸣器。

2.ULN2003介绍

本单片机通过达林顿晶体管阵列组成的电路模块ULN2003实现电流放大

（1）ULN2003模块

右边BEEP指定就是蜂鸣器，左边连接P2^5口。

（2）ULN2003介绍

ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿品体管阵列集成电路。它是由7对NPN达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箱位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器(LED气体放电)，线路驱动器和逻辑缓冲器。

（3）ULN2003电路

其本身也运用三极管放大原理，这里我们不做深入。

3.蜂鸣器模块图

三. 程序设计

1.设计原理

这里我们设计主要结合LED灯，独立按键和蜂鸣器。

由上图可见对于蜂鸣器的使用由P2^5口控制，需要产生一定频率的脉冲即高低频率交替。

2.设计程序

对于程序设计的介绍可以见下面程序中的注释：

#include <REGX52.H>
unsigned int i;    //定义变量i用于控制蜂鸣器鸣叫的时间
sbit BEEP=P2^5;    //定义BEEP为P2^5口
//延时函数
void Delay(unsigned int xms)	//@11.0592MHz
{
    unsigned char data i,j;
    while(xms)
    {
        i = 2;
        j = 199;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
        xms--;
    }
}
  //这里新定义一个延时函数，该延时函数以10us为一个单位时间
void delay_10us(ten_us)
{
    while(ten_us--);	
}
void main()
{	
     i=500;
    while(1)
{
    if(P3_1==0)   //按键K1按下
        {
            Delay(20);
            while(P3_1==0);
            Delay(20);
            P2_0=0;    //LED1亮起
            while(i--)
         {
            BEEP=!BEEP;   // 这里主要为产生一定频率的脉冲（高低电平交替）
            delay_10us(50);    //高低电平交替的时间，用于控制频率从而控制音调
         }
        
         i=0;  
         BEEP=0;    //令i等于0，鸣音结束
     }
    }		
}

注意：设计的频率太高或太低都不行，即对于蜂鸣器部分的高低电平交替的时间要取好。

四. 实验现象

1.实验现象

当按键K1按下时，LED1亮起，并且蜂鸣器响起，蜂鸣器响起一定时间后不再响起（注意不要让蜂鸣器长时间工作，会造成损坏）。

2.实验视频

51单片机蜂鸣器实验