利用MAXQ3210產(chǎn)生壓電信號(hào)

摘要：MAXQ3210微控制器集成了一個(gè)壓電揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，以固定頻率驅(qū)動(dòng)高音揚(yáng)聲器。本應(yīng)用筆記演示了怎樣改動(dòng)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器反饋單元，利用軟件來產(chǎn)生各種頻率信號(hào)。

引言

壓電蜂鳴器或揚(yáng)聲器使用壓電晶體單元，壓電晶體在加電時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微變形，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音。晶體單元連在揚(yáng)聲器錐體或面板，當(dāng)施加快速變化的電壓時(shí)，它會(huì)快速振動(dòng)。這種振動(dòng)激發(fā)出空氣中的聲波，從而產(chǎn)生頻率基于電波頻率的音調(diào)。

早期的計(jì)算機(jī)和電子游戲使用壓電揚(yáng)聲器產(chǎn)生的各類聲音，從單音、汽笛音到白噪聲等。和早期相比，個(gè)人計(jì)算機(jī)的聲音產(chǎn)生技術(shù)有了很大的進(jìn)步。今天，系統(tǒng)即使增加了多通道、數(shù)字聲音和音樂，以及基于MIDI的音樂合成器系統(tǒng)，仍然使用簡單的壓電揚(yáng)聲器。汽車報(bào)警、煙霧探測器、銷售點(diǎn)(PoS)終端、小型電子玩具和游戲以及很多應(yīng)用都依靠壓電聲發(fā)生器來產(chǎn)生單音、大分貝報(bào)警音效。

改動(dòng)硬件驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器

對(duì)系統(tǒng)中的壓電揚(yáng)聲器增加硬件非常簡單。

對(duì)于只需要一路頻率輸出的應(yīng)用，可以對(duì)壓電揚(yáng)聲器進(jìn)行優(yōu)化，以一定的音頻振蕩。通過加入反饋網(wǎng)絡(luò)和逆變器，揚(yáng)聲器在接通后以共振頻率開始自激振蕩。這類網(wǎng)絡(luò)通常用于在煙霧探測器、二氧化碳傳感器和安防系統(tǒng)中產(chǎn)生大分貝報(bào)警音。

Maxim的MAXQ3210微控制器集成了這類壓電揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路(圖1)。軟件界面非常簡單，包括一個(gè)控制位，用于打開或者關(guān)斷揚(yáng)聲器。輸出音的頻率和音量完全由壓電揚(yáng)聲器和反饋網(wǎng)絡(luò)元件決定。


圖1. MAXQ3210微控制器的壓電音驅(qū)動(dòng)電路

在軟件控制下迅速接通和關(guān)斷揚(yáng)聲器可以產(chǎn)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(chǎn)生各種不同的輸出頻率呢?

為改變輸出頻率，必須去掉自動(dòng)反饋環(huán)路，直接通過端口引腳來控制揚(yáng)聲器輸出。數(shù)字揚(yáng)聲器的輸入可以在固定電壓和地之間切換，微控制器的數(shù)字I/O引腳可直接驅(qū)動(dòng)它。根據(jù)壓電揚(yáng)聲器輸出大小和所需的分貝數(shù)，可能需要專門的驅(qū)動(dòng)電路或者IC來處理壓電揚(yáng)聲器引腳的高壓，或者將大電流驅(qū)動(dòng)到揚(yáng)聲器中，以產(chǎn)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(guān)斷揚(yáng)聲器，設(shè)置輸出頻率。I/O引腳不直接驅(qū)動(dòng)壓電單元。

MAXQ3210還可用于產(chǎn)生多個(gè)揚(yáng)聲器輸出頻率。反饋輸入引腳直接連接到器件的一個(gè)其他端口引腳上。只要內(nèi)置揚(yáng)聲器逆變器能夠跟上端口引腳驅(qū)動(dòng)的頻率，按照合適的速率觸發(fā)端口引腳都可以產(chǎn)生所需的音調(diào)。

注意：本應(yīng)用筆記的源代碼可以下載(ZIP, 4.5kB)。

音樂合成器

為能夠產(chǎn)生簡單的音樂信號(hào)，揚(yáng)聲器必須接通一段時(shí)間，然后關(guān)斷相同的時(shí)間。產(chǎn)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(chǎn)生一定時(shí)間長度的聲音，需要計(jì)算進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的完整周期數(shù)：

周期數(shù) = (聲音持續(xù)時(shí)間 × 輸出頻率)

以中C基本鋼琴音標(biāo)音頻為例。對(duì)這些頻率進(jìn)行調(diào)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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