在Embassy-rs项目中实现PWM控制蜂鸣器播放音乐

引言

在嵌入式开发中，使用PWM（脉冲宽度调制）驱动蜂鸣器播放简单音乐是一个常见的应用场景。本文将介绍如何在Embassy-rs项目中利用nRF52系列微控制器的PWM功能实现这一功能。

PWM基础概念

PWM（脉冲宽度调制）是一种通过快速切换数字信号来模拟模拟信号的技术。在驱动蜂鸣器时，PWM的频率决定了音调的高低，而占空比则影响音量大小。

实现步骤

1. 初始化PWM外设

首先需要初始化PWM外设，设置初始占空比：

let mut pwm = SimplePwm::new_1ch(pwm_device, pin);
let duty = pwm.max_duty() / 2; // 50%占空比
pwm.set_duty(0, duty);

2. 定义音符频率

为每个音符定义对应的频率（单位Hz）：

let tones = [
    ('c', 261),  // 中央C
    ('d', 294),
    ('e', 329),
    ('f', 349),
    ('g', 392),
    ('a', 440),
    ('b', 493),
];

3. 定义乐曲

定义要播放的乐曲，包含音符和持续时间：

let tune = [
    ('c', 1),  // 音符C，持续1拍
    ('c', 1),
    ('g', 1),
    ('g', 1),
    ('a', 1),
    ('a', 1),
    ('g', 2),  // 音符G，持续2拍
    // ...其他音符
    (' ', 4),  // 休止符，持续4拍
];

4. 播放控制逻辑

实现播放控制的核心逻辑：

for note in tune {
    for tone in tones {
        if tone.0 == note.0 {
            // 播放音符
            pwm.enable();
            pwm.set_period(tone.1);  // 设置频率
            pwm.set_duty(0, duty);   // 重置占空比
            Timer::after_millis(note.1 * tempo).await;
        } else if note.0 == ' ' {
            // 休止符处理
            pwm.disable();
            Timer::after_millis(tempo).await;
        }
    }
    // 音符间短暂静音
    pwm.disable();
    Timer::after_millis(tempo / 2).await;
}

关键技术点

1. 频率设置：set_period()方法参数实际上是PWM周期的时钟周期数，而非直接频率值。对于nRF52系列，时钟频率为16MHz。

2. 占空比重置：每次改变频率后需要重新设置占空比，因为最大占空比值会随频率变化。

3. 时序控制：使用Embassy的异步定时器实现精确的节拍控制。

注意事项

• 蜂鸣器通常需要50%的占空比以获得最佳效果
• 音符间添加短暂静音可提高音乐辨识度
• 实际应用中可能需要根据硬件特性调整频率和占空比

总结

通过Embassy-rs的PWM模块，我们可以方便地在nRF52系列微控制器上实现音乐播放功能。这种方法不仅适用于蜂鸣器，稍加修改也可用于控制LED亮度、电机转速等PWM应用场景。