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[文章]【HarmonyOS HiSpark Wi-Fi IoT 套件试用连连载】第六篇、利用蜂鸣器播放音乐

学海沙粒
2020-11-07 01:00:23
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HarmonyOS蜂鸣器
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        很早之前便看到有大佬做了蜂鸣器播放音乐的项目，当时也想尝试一番，奈何对鸿蒙系统不太熟悉，经过一段时间摸索，对鸿蒙系统有了一些了解，终于完成了蜂鸣器播放音乐的项目。        
        下面先介绍蜂鸣器播放音乐的原理，然后介绍Hi3861的PWM外设配置，最后介绍如何实现PWM播放音乐。
一、蜂鸣器播放音乐的原理
        单片机通过I/O口输出不同频率的PWM可以使无源蜂鸣器产生不同频率的声音，为了增强驱动能力，通常单片机通过控制三极管来控制蜂鸣器的通断。控制蜂鸣器发声的频率、时长、间隔，便可以演奏出一首音乐。
        在最常见的定律法——十二平均律中，中央C（钢琴最中间的C音）右边的第一个A音被定义为440 Hz，然后其它音的频率用等比数列推出，相隔半音的两个音的频率之比为。由此可以推断出中央C的频率为262Hz，它右边的#C的频率为277 Hz，D的频率为293Hz等等。还有低音、高音，在此频率基础上减半或加倍。
音名（中音）
  频率(Hz)
C
262
#C
277
D
293
#D
311
E
329
F
349
#F
369
G
392
#G
415
A
440
#A
466
B
494
二、配置PWM外设
        找到vendor/hisi/hi3861/hi3861/app/wifiiot_app/init/app_io_init.c文件夹，修改PWM引脚，如下所示。板卡上连接蜂鸣器的引脚为GPIO09，复用后的PWM为PWM0。
配置PWM引脚.png

        找到vendor/hisi/hi3861/hi3861/build/config/usr_config.mk文件，添加"
CONFIG_PWM_SUPPORT=y"，使能PWM功能。
使能PWM引脚.png
        在applications/sample/wifi-iot/app下建立buzzer文件夹，然后在applications/sample/wifi-iot/app/oled_demo下建立buzzer.c、buzzer.h（未用，可以不建）、BUILD.gn（编译脚本）三个文件。
蜂鸣器文件夹.png
        为了蜂鸣器声音更悦耳，PWM占空比一般设为50%，buzzer.c代码如下：
  1. #include <unistd.h>
  2. #include "stdio.h"
  3. #include "ohos_init.h"
  4. #include "cmsis_os2.h"

  6. #include "wifiiot_gpio.h"
  7. #include "wifiiot_gpio_ex.h"

  9. #include <hi_pwm.h>
  10. #include "buzzer.h"

  12. #define BUZZER_TASK_STACK_SIZE 512
  13. #define BUZZER_TASK_PRIO 25

  15. static void *BuzzerTask(const char *arg)
  16. {
  17.   (void)arg;

  19.   hi_pwm_start(HI_PWM_PORT_PWM0,32767,65535);  //端口号；占空比（需计算）；分频系数

  21.   return NULL;
  22. }

  24. static void BuzzerExampleEntry(void)
  25. {
  26.     osThreadAttr_t attr;

  28.     IoSetFunc(WIFI_IOT_IO_NAME_GPIO_9,

  30.     hi_pwm_init(HI_PWM_PORT_PWM0);   //初始化PWM端口
  31.     hi_pwm_set_clock(PWM_CLK_XTAL);   //设置时钟源 40MHz

  33.     attr.name = "BuzzerTask";
  34.     attr.attr_bits = 0U;
  35.     attr.cb_mem = NULL;
  36.     attr.cb_size = 0U;
  37.     attr.stack_mem = NULL;
  38.     attr.stack_size = BUZZER_TASK_STACK_SIZE;
  39.     attr.priority = BUZZER_TASK_PRIO;

  41.     if (osThreadNew((osThreadFunc_t)BuzzerTask, NULL, &attr) == NULL) {
  42.         printf("[BuzzerExample] Falied to create BuzzerTask!n");
  43.     }
  44. }

  46. SYS_RUN(BuzzerExampleEntry);
复制代码
        BUILD.gn脚本文件如下：
  1. static_library("buzzer") {
  2.     sources = [
  3.         "buzzer.c"
  4.     ]

  6.     include_dirs = [
  7.         "//utils/native/lite/include",
  8.         "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0",
  9.         "//base/iot_hardware/interfaces/kits/wifiiot_lite",
  10.     ]
  11. }
复制代码
        最后修改applications/sample/wifi-iot/app/BUILD.gn 文件，如下所示：
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")

  3. lite_component("app") {
  4.     features = [
  5.         "buzzer:buzzer",
  6.     ]
  7. }
复制代码
        完成上述步骤后，编译下载即可驱动蜂鸣器，但是Hi3861的PWM外设的最低频率为610Hz（40MHz/65535），为了能正常播放音乐，只能将音乐频率升高两个8度，即最低频率为262Hz*2=524Hz，能满足一些简单音乐的频率要求。
三、播放音乐
        前面说过，蜂鸣器播放音乐的三要素为频率、时长、停顿间隔，但为了简化流程，一般取消频率间隔，只保留频率和时长。
        （1）选好一首乐谱，统计好乐谱所需的所有频率，为了后续方便调用，可写成数组，并按照调式顺序排列，以《两只老虎为例》。
  1. static const uint16_t g_tuneFreqs[] = {
  2.     0, // 40M Hz 对应的分频系数：
  3.     38223, // 1046.5
  4.     34052, // 1174.7
  5.     30338, // 1318.5
  6.     28635, // 1396.9
  7.     25511, // 1568
  8.     22728, // 1760
  9.     20249, // 1975.5
  10.     51021 // 5_ 783.99 // 第一个八度的 5
  11. };
复制代码
       （2）根据简谱找出每拍的频率，按照其在频率表中的顺序，分别列出，并写成数组形式。
  1. tatic const uint8_t g_scoreNotes[] = {
  2.     1, 2, 3, 1,  1, 2, 3, 1,   3, 4, 5,  3,   4, 5, 5, 6,
复制代码
       （3）将每个节拍的时长列出，为了方便调用，同样写成数组形式
  1. static const uint8_t g_scoreDurations[] = {
  2.     4, 4, 4, 4,   4, 4, 4, 4,    4, 4, 8,  4,   4, 8, 3, 1,
复制代码
       （4）  最后按照以上描述，顺序调用PWM即可播放音乐。这一步主要是修改'二'中的 BuzzerTask 函数。
  1. static void *BuzzerTask(const char *arg)
  2. {
  3.   (void)arg;

  5.   for (size_t i = 0; i < sizeof(g_scoreNotes)/sizeof(g_scoreNotes[0]); i++) {
  6.     uint32_t tune = g_scoreNotes[i]; // 音符
  7.     uint16_t freqDivisor = g_tuneFreqs[tune];
  8.     uint32_t tuneInterval = g_scoreDurations[i] * (125*1000); // 音符时间
  9.     printf("%d %d %d %drn", tune, (40*1000*1000) / freqDivisor, freqDivisor, tuneInterval);
  10.     hi_pwm_start(HI_PWM_PORT_PWM0, freqDivisor/2, freqDivisor);
  11.     usleep(tuneInterval);
  12.     hi_pwm_stop(HI_PWM_PORT_PWM0);
  13.   }

  15.   return NULL;
  16. }
复制代码
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