利用MAXQ3210產生壓電信號

摘要：MAXQ3210微控制器集成了一個壓電揚聲器驅動器，以固定頻率驅動高音揚聲器。本應用筆記演示了怎樣改動揚聲器驅動器反饋單元，利用軟件來產生各種頻率信號。

引言

壓電蜂鳴器或揚聲器使用壓電晶體單元，壓電晶體在加電時會出現輕微變形，將電信號轉換為聲音。晶體單元連在揚聲器錐體或面板，當施加快速變化的電壓時，它會快速振動。這種振動激發出空氣中的聲波，從而產生頻率基于電波頻率的音調。

早期的計算機和電子游戲使用壓電揚聲器產生的各類聲音，從單音、汽笛音到白噪聲等。和早期相比，個人計算機的聲音產生技術有了很大的進步。今天，系統即使增加了多通道、數字聲音和音樂，以及基于MIDI的音樂合成器系統，仍然使用簡單的壓電揚聲器。汽車報警、煙霧探測器、銷售點(PoS)終端、小型電子玩具和游戲以及很多應用都依靠壓電聲發生器來產生單音、大分貝報警音效。

改動硬件驅動揚聲器

對系統中的壓電揚聲器增加硬件非常簡單。

對于只需要一路頻率輸出的應用，可以對壓電揚聲器進行優化，以一定的音頻振蕩。通過加入反饋網絡和逆變器，揚聲器在接通后以共振頻率開始自激振蕩。這類網絡通常用于在煙霧探測器、二氧化碳傳感器和安防系統中產生大分貝報警音。

Maxim的MAXQ3210微控制器集成了這類壓電揚聲器驅動電路(圖1)。軟件界面非常簡單，包括一個控制位，用于打開或者關斷揚聲器。輸出音的頻率和音量完全由壓電揚聲器和反饋網絡元件決定。


圖1. MAXQ3210微控制器的壓電音驅動電路

在軟件控制下迅速接通和關斷揚聲器可以產生各種嘀噠、啁啾等聲音效果，但是輸出頻率不變。怎樣才能產生各種不同的輸出頻率呢?

為改變輸出頻率，必須去掉自動反饋環路，直接通過端口引腳來控制揚聲器輸出。數字揚聲器的輸入可以在固定電壓和地之間切換，微控制器的數字I/O引腳可直接驅動它。根據壓電揚聲器輸出大小和所需的分貝數，可能需要專門的驅動電路或者IC來處理壓電揚聲器引腳的高壓，或者將大電流驅動到揚聲器中，以產生高音。在這些情況下，微控制器I/O引腳被用于打開或者關斷揚聲器，設置輸出頻率。I/O引腳不直接驅動壓電單元。

MAXQ3210還可用于產生多個揚聲器輸出頻率。反饋輸入引腳直接連接到器件的一個其他端口引腳上。只要內置揚聲器逆變器能夠跟上端口引腳驅動的頻率，按照合適的速率觸發端口引腳都可以產生所需的音調。

注意：本應用筆記的源代碼可以下載(ZIP, 4.5kB)。

音樂合成器

為能夠產生簡單的音樂信號，揚聲器必須接通一段時間，然后關斷相同的時間。產生的聲音頻率由下面的公式給出：

輸出頻率 = 1/(長周期 + 短周期)

為能夠產生一定時間長度的聲音，需要計算進行驅動的完整周期數：

周期數 = (聲音持續時間 × 輸出頻率)

以中C基本鋼琴音標音頻為例。對這些頻率進行調諧，音符“中C的A”等于440Hz。表1中列出的值是近似值。

表1. 音符和接近的聲音頻率

move    HRNC, #1          ; Turn the piezoelectric horn driver on.
				
            

				
					
					
				
			
                
			
							

                
			            

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