单片机小白学步(22) IO口：蜂鸣器的使用/三极管的工作原理

这一篇继续上一篇的内容，我们来做实验四：按键控制有源蜂鸣器，按下按键蜂鸣器响，释放按键不响。

蜂鸣器

实验四之前简单介绍下蜂鸣器。蜂鸣器有两种，无源蜂鸣器和有源蜂鸣器，一般用于发出报警的声音。声音是由震动产生的，大家都见过喇叭，喇叭里面有磁铁和线圈。给线圈通上不断变化的电压，在磁铁产生的磁场中就会运动。于是和线圈固定在一起的振膜就会震动，于是就能听见声音了，而无源蜂鸣器和喇叭效果基本一样。和无源蜂鸣器不同的是，有源蜂鸣器内部就有发声电路，通上电压合适的直流电就会发出叫声。另外，有源蜂鸣器有正负极之分。图中是常用的一种工作电压为5V的有源蜂鸣器，正面标有加号的一侧引脚为正极，如果器件是全新的没有剪过引脚，正极引脚比负极长。

驱动电路

从上面的介绍来看，有源蜂鸣器和LED一样，只要通电就能工作（如果没有特殊说明，后面蜂鸣器就是指有源蜂鸣器）。但是为什么要单独作为一个实验呢？

前面我们说了，单片机IO口能通过的电流是有限的，过大的电流可能会烧坏管脚，或者不能正常工作。蜂鸣器和LED相比最主要的区别，就是蜂鸣器比LED需要的电流大很多，电压一般也会高一些。

为了让单片机驱动蜂鸣器，也就是控制蜂鸣器工作，我们需要使用一些特别的电路。不知道大家是否了解继电器，继电器的特点就是用小电流低电压，控制大电流高电压电路。但是一般的继电器控制端需要的电流，对于单片机来说还是太大了，而且继电器价格比较高，能控制很大的电流，用在这里大材小用了。而这里我们要用的器件是三极管。

三极管基本介绍

三极管的作用主要是放大电流。和名字一样，三极管有三个管脚：发射极、基极、集电极，分别简写为E、B、C。有两种类型，PNP型和NPN型，两种类型的三极管工作时电流方向恰好相反，电路符号也不相同，如图所示。发射极上的箭头正是表示工作时电流方向的。

三极管有很多参数，实际的三极管也有很多种，封装也各种各样。下图是常见的TO-92封装的直插式小功率三极管。注意，这种外形只是封装，并不是三极管专用，也有其他器件会用这样的封装，具体要看上面标示的器件型号，例如图中的S9012表示它是9012三极管。像图中一样管脚朝下放置，半圆柱的平面正对自己，从左往右三个管脚分别是E、B、C。

三极管作为电子开关使用

三极管有三种工作状态，截止区、放大区、饱和区。在放大区，可以放大电信号，我们用的扩音器等设备就可以通过三极管实现。在单片机中我们主要利用三极管的截止区和饱和区，作电子开关使用，常用下面这样的电路图。

左图和右图分别是NPN、PNP型三极管的电路图。R1、S1和R2、S2相当于单片机IO口，三极管集电极接蜂鸣器。NPN型电路控制蜂鸣器高电平有效，即IO口输出高电平的时候，蜂鸣器就会响。PNP型反之。为了方便观察，我接的是LED，和蜂鸣器是一样的道理，可以看到图中LED就点亮了。注意三极管的管脚位置不可接反，要驱动的负载即图中的LED也不能接反。

常用PNP三极管有9012、8550等，NPN三极管有9013，8050等。

三极管的原理和很详细的工作情况分析，需要不少的计算过程，有兴趣的读者可以查看模拟电路相关的书籍资料。文章末尾也会简单分析三极管工作机制，有兴趣的同学可以看看。如果觉得难以理解，学习单片机过程中，可以不做深入研究。

电路设计

程序的实现和点亮LED差不多，不过要看你的电路确定是高电平还是低电平有效。按照前面的三极管电路，我们可以用9012实现蜂鸣器驱动电路，低电平有效，电路图如下，注意蜂鸣器的正负极不能接反。

图中P1.0上接的LED还放在那（当然也可以去掉），P2.0上接了按键开关，P2.1上连接了三极管驱动的蜂鸣器。

我用面包板搭建的电路。

备注：三极管在这里起到开关的状态，建议优先考虑使用PNP型三极管电路。因为三极管的作用是放大电流，对于同一个三极管而言，如果要输出更大的电流，一般就要在基极输入更大电流。而使用PNP型电路时，IO口输出低电平有效，对于单片机来说是灌电流，此时基极能提供的电流更大，从而提供更大电流以驱动蜂鸣器。我在实际测试时，如果使用NPN型三极管9013，可以驱动LED，但不足以驱动蜂鸣器，除非自己给IO口再外接一个上拉电阻。

程序实现

首先是定义LED、按键、蜂鸣器三个IO口

sbit LED = P1^0;

sbit KEY = P2^0;

sbit BUZZER = P2^1;

然后先设置KEY=1，然后在主循环中处理即可。这里我用的是PNP驱动，蜂鸣器和LED一样，是低电平有效。

void main()

{

KEY = 1;

while(1) {

LED = KEY;

BUZZER = KEY;