蜂鸣器(电子讯响器)
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更新时间:2023-07-07
小编整理:
蜂鸣器是一种常见的电子元件,通常用于发出声音信号。它通常用于各种电子设备中,如计算机、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。蜂鸣器有两种主要类型:压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。 压电式蜂鸣器使用压电材料,如石英或钛酸钡,这些材料在电场作用下可以产生声波。这些蜂鸣器通常需要较高的工作电压,但可以产生较高的音质和频率。 电磁式蜂鸣器使用电磁线圈产生声波。这些蜂鸣器需要较低的工作电压,但产生的声音相对较低频和嘈杂。 在电路中,蜂鸣器通常用字母“H”或“HA”表示(旧标准中用“FM”、“ZZG”、“LB”等表示)。蜂鸣器通常作为发声器件用于各种电子设备中,以提供声音提示或警告。蜂鸣器
电子讯响器
基本信息
中文名 | 蜂鸣器 |
外文名 | buzzer |
类别 | 电子讯响器 |
结构原理 | 电磁线圈和磁铁周期性地振动发声 |
产品用处 | 用于计算机、打印机、定时器 |
驱动电路 | 使用三极管来放大电流 |
产品性质 | 一种一体化结构的电子讯响器 |
产品分类 | 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器 |
收起
原理
电路原理图
蜂鸣器
PORTC.3/T0作为I/O口通过三极管Q2来驱动蜂鸣器LS1,而PORTC.2/PWM0则作为PWM输出口通过三极管Q1来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3和PORTA.2分别接了两个按键,一个是PWM按键,是用来控制PWM输出口驱动蜂鸣器使用的;另一个是PORT按键,是用来控制I/O口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O口开内部上拉电阻。
软件设计方法
先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是2000Hz,也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是500μs,由于是1/2duty的信号,所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为250μs。软件设计上,我们将根据两种驱动方式来进行说明。
a)PWM输出口直接驱动蜂鸣器方式
由于PWM只控制固定频率的蜂鸣器,所以可以在程序的系统初始化时就对PWM的输出波形进行设置。
首先根据SH69P43的PWM输出的周期宽度是10位数据来选择PWM时钟。系统使用4MHz的晶振作为主振荡器,一个tosc的时间就是0.25μs,若是将PWM的时钟设置为tosc的话,则蜂鸣器要求的波形周期500μs的计数值为500μs/0.25μs=(2000)10=(7D0)16,7D0H为11位的数据,而SH69P43的PWM
输出周期宽度只是10位数据,所以选择PWM的时钟为tosc是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。
这里我们将PWM的时钟设置为4tosc,这样一个PWM的时钟周期就是1μs了,由此可以算出500μs对应的计数值为500μs/1μs=(500)10=(1F4)16,即分别在周期寄存器的高2位、中4位和低4位三个寄存器中填入1、F和4,就完成了对输出周期的设置。再来设置占空比寄存器,在PWM输出中占空比的实现是
通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时,占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250μs的宽度计数值为250μs/1μs=(250)10=(0FA)16。只需要在占空比寄存器的高2位、中4位和低4位中分别填入0、F和A就可以完成对占空比的设置了,设置占空比为1/2duty。
b)I/O口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式
使用I/O口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单,只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500μs,占空比为1/2duty的方波,只需要每250μs进行一次电平翻转,就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。在程序上,可以使用TIMER0来定时,将TIMER0的预分频设置为/1,选择TIMER0的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4),在TIMER0的载入/计数寄存器的高4位和低4位分别写入00H和06H,就能将TIMER0的中断设置为250μs。当需要I/O口驱动的蜂鸣器鸣叫时,只需要在进入TIMER0中断的时候对该I/O口的电平进行翻转一次,直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候,将I/O口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。
制作工艺
分类
BUZZER蜂鸣器的分类:
2、按构造方式的不同,可分为:电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器;
3、按封装的不同,可分为:DIPBUZZER(插针蜂鸣器)和SMDBUZZER(贴片式蜂鸣器);
由于两种蜂鸣器发音原理不同,压电式结构简单耐用但音调单一音色差,适用于报警器等设备。而电磁式由于音色好,所以多用于语音、音乐等设备。
有源和无源
教你区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图a、b所示。
蜂鸣器
蜂鸣器
a)有源b)无源
从图a、b外观上看,两种蜂鸣器好像一样,但仔细看,两者的高度略有区别,有源蜂鸣器a,高度为9mm,而无源蜂鸣器b的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时,可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。
迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器"-"引脚,红表笔在另一引脚上来回碰触,如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的,且电阻在几百欧以上的,是有源蜂鸣器。
有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样,需要接在音频输出电路中才能发声。
有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别:
注意:这里的“源”不是指电源,而是指震荡源。
也就是说,有源蜂鸣器内部带震荡源,所以只要一通电就会叫;
而无源内部不带震荡源,所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的方波去驱动它
有源蜂鸣器往往比无源的贵,就是因为里面多个震荡电路。
无源蜂鸣器的优点是:
1.便宜
2.声音频率可控,可以做出“多来米发索拉西”的效果
有源蜂鸣器的优点是:程序控制方便。
压电陶瓷式
概述:
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
压电陶瓷片是一种电子发音元件,在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料,当在两片电极上面接通交流音频信号时,压电片根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉,被广泛的应用于电子电器方面如:玩具,发音电子表,电子仪器,电子钟表,定时器等方面。超声波电机就是利用相关的性质制成。
工作原理:
电路图如下:
蜂鸣器
电阻R1是BG1管的偏置电阻,其阻值大小一方面决定电路工作电流,同时对发音音调的高低也有很大的影响。R1阻值增大,HTD发声音调低沉,R1阻值减小,HTD发音就变高。电阻R2是三极管BG2的集电极负载电阻。电容C1是BG1管的负反馈电容,改变其容量大小,可改变HTD的发音音色。
优点:
电磁式蜂鸣器
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。
电磁式蜂鸣器广泛应用于计算机、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。
电式蜂鸣器是以压电陶瓷的压电效应,来带动金属片的振动而发声;电磁式蜂鸣器,则是用电磁的原理,通电时将金属振动膜吸下,不通电时依振动膜的弹力弹回,故压电式蜂鸣器是以方波来驱动,电磁式是1/2方波驱动,压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压,一般建议为9V以上。压电的有些规格,可以达到120dB以上,较大尺寸的也很容易达到100dB。
电磁式蜂鸣器:用1.5V就可以发出85dB以上的音压了,唯消耗电流会大大的高于压电式蜂鸣器,而在相同的尺寸时,电磁式的蜂鸣器,响应频率可以做的比较低;电磁式蜂鸣器的音压一般最多到90dB.机械式蜂鸣器是电磁式蜂鸣器中的一个小类别。
驱动模块
驱动方式
蜂鸣器
单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种:一种是PWM输出口直接驱动,另一种是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
PWM输出口直接驱动是利用PWM输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM口的输出的,可以设置占空比、周期等等,通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后,只要打开PWM输出,PWM输出口就能输出该频率的方波,这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为2000Hz的蜂鸣器的驱动,可以知道周期为500μs,这样只需要把PWM的周期设置为500μs,占空比电平设置为250μs,就能产生一个频率为2000Hz的方波,通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。
而利用I/O定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点,必须利用定时器来做定时,通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形,这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为2500Hz的蜂鸣器的驱动,可以知道周期为400μs,这样只需要驱动蜂鸣器的I/O口每200μs翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz,占空比为1/2duty的方波,再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。
驱动电路
1.蜂鸣器
发声元件,在其两端施加直流电压(有源蜂鸣器)或者方波(无源蜂鸣器)就可以发声,其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式(直流/方波)等。这些都可以根据需要来选择。
2.续流二极管
3.滤波电容
4.三极管
三极管Q1起开关作用,其基极的高电平使三极管饱和导通,使蜂鸣器发声;而基极低电平则使三极管关闭,蜂鸣器停止发声。
驱动设计
由于这里要介绍两种驱动方式的方法,所以在设计模块系统中将两种驱动方式做到一块,即程序里边不仅介绍了PWM输出口驱动蜂鸣器的方法,还要介绍I/O口驱动蜂鸣器的方法。所以,我们将设计如下的一个系统来说明单片机对蜂鸣器的驱动:系统有两个他激蜂鸣器,频率都为2000Hz,一个由I/O口进行控制,另一个由PWM输出口进行控制;系统还有两个按键,一个按键为PORT按键,I/O口控制的蜂鸣器不鸣叫时按一次按键I/O口控制的蜂鸣器鸣叫,再按一次停止鸣叫,另一个按键为PWM按键,PWM口控制的蜂鸣器不鸣叫时按一次按键PWM输出口控制的蜂鸣器鸣叫,再按一次停止鸣叫。
蜂鸣片
蜂鸣片的构成
蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
质量辨别
用机械万用表可以方便的检测蜂鸣片的好坏,方法是:
将万用表拨至25V档,左手拇指与食指轻轻捏住蜂鸣片的两面,右手持两只表笔,红笔接近薯片,黑笔横放在蜂鸣片的表面,然后左手拇指与食指用力压紧一下,随即放松,蜂鸣片上就先后产生两个极性相反的电压信号,使指针向右摆-回零-向左摆-回零,摆幅约0.1~0.15V。若交换表笔位置后重新试验,指针摆动的顺序为向左摆-回零-向右摆-回零。在压力相同的情况下,指针摆幅愈大,蜂鸣片的灵敏度越高,若指针不动,说明蜂鸣片内部漏电或受损。
应用领域
如何选购
蜂鸣器的种类规格繁多,需先知道几个参数(电压,电流,驱动方式,尺寸,连接/固定方式),当然更重要的是,想要获的声音(音压大小,频率高低).
工作电压:电磁式蜂鸣器,从1.5到24V,压电式的从3V到220V都是可行的,但一般压电的还是建议有9V以上的电压,以获得较大的声音.
消耗电流:电磁式的依电压的不同,从几十到上百毫安培都有,压电式的就省电的多,几毫安培就可以正常的动作,且在蜂鸣器启动时,瞬间需消耗约三倍的电流,
驱动方式:二种蜂鸣器都有自激式的,只要接上直流电(DC)即可发声,因为已内建了驱动线路在蜂鸣器中了,因为动作原理的不同,电磁式蜂鸣器要用1/2方波来驱动,压电的用方波,才能有较好的声音输出.
尺寸:蜂鸣器的尺寸会影响到音量的大小,频率的高低,电磁式的最小从7mm到最大的25mm,压电式的从12mm到50mm或更大都有.
连接方式:一般常见的有插针(DIP),焊线(Wire),贴片(SMD),压电式大颗的还有锁螺丝的方式.
音压:蜂鸣器常以10cm的距离做为测试的标准,距离增加一倍,大概会衰减6dB,反之距离缩短一倍则会增加6dB,电磁式蜂鸣器大约能达到85dB/10cm的水准,压电式的就可以做的很大声,常见的警报器,大都是以压电蜂鸣器制成。