CN105513584A - 蜂鸣输出方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种蜂鸣输出方法及装置，用于减少控制芯片IO端口的占用量，减小电路规模和体积，且实现消隐时间的控制，该蜂鸣输出装置包括：消隐控制模块，用于输出占空比可受控变化的脉冲宽度调制信号；节拍控制模块，用于输出节拍控制信号以启动所述消隐控制模块输出所述脉冲宽度调制信号；频率控制模块，用于对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号；硬件控制模块，至少用于对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

Description

蜂鸣输出方法及装置

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种蜂鸣输出方法及装置。

背景技术

在大多数电子设备中，都在采用蜂鸣器作为发声器件，用于操作提示、状态提示及报警等。蜂鸣器可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。有源蜂鸣器内部包含有频率发生电路，只需要将直流电源接到蜂鸣器的两只引脚上，蜂鸣器便可以发出固定频率的声音。无源蜂鸣器内部不具备频率发生电路，必须将一定频率的脉冲电流施加到蜂鸣器两端，才能驱动其发出驱脉冲频率的声音信号。

参图1，在简单的蜂鸣器驱动方法中，仅采用一个三极管对蜂鸣器进行控制。具体地，电阻R4作为三极管Q2基极的限流电阻；由于蜂鸣器大多数为电磁式，内部含有电感线圈，所以使用二极管D2消除三极管Q2关断瞬间在蜂鸣器LS2内部发生的高压电动势。一定频率的方波信号FRE经电阻R4流经三极管Q2的基极，经三极管Q2放大后形成脉冲电流流经蜂鸣器LS2，从而发出与FRE相应频率的声音。这种驱动方式简单可靠，被众多电子产品所采用，但是其缺点在于发出的声音大小固定，取决于流经蜂鸣器的驱动电流及蜂鸣器的固有特性，声音听上去单一且刺耳。

为解决上述蜂鸣器驱动方法的缺点，越来越多的产品开始采用蜂鸣器模拟和弦音的方式。这种方法得到的声音类似于拨动一根琴弦的声音，即发出的声音是从最大音量逐渐减小，最后实现全部消隐。这种声音可以给电子产品使用者带来更好的听觉感受。

参图2，是一种驱动蜂鸣器发出和弦音的现有技术方案。该技术方案在原来简易的驱动方法上，增加了一个节拍控制电路。驱动蜂鸣器发声的频率信号FRE一直通过限流电阻R7加载到三极管Q5的基极，增加的节拍信号BEAT通过电阻R6输入到三极管Q4的基极，具体地，控制蜂鸣器LS3发出一次和弦音的过程如下：

频率信号FRE一直保持加载到Q5的基极。当节拍信号BEAT跳变到高电平时，三极管Q4导通，经过电阻R5后导通三极管Q3，此时电源VCC经过三极管Q3和电阻R8对电容C3充电，同时蜂鸣器开始在频率信号FRE的驱动下发出声音。在电容C3充满后，将节拍信号BEAT降为低电平，此时因为频率信号FRE的一直存在，电容C3将通过蜂鸣器LS3和三极管Q5放电，电容C3两端电压逐渐下降。随着电容C3两端电压下降，蜂鸣器LS3的音量也跟随下降，待电容C3放电完毕后，蜂鸣器LS3停止发声。这样的充放电过程，蜂鸣器由最大音量逐渐消隐的过程，实现了和弦声音的模拟。

然而上述的驱动方法中，存在以下缺点：

1）控制芯片必须提供2个IO口实现频率信号和节拍信号的输出，对控制芯片IO口很有限的情况实现较困难；

2）节拍信号驱动电路需要使用2个三极管，增加了电路规模，从而导致了电路的不可靠性；

3）为了达到一定的声音消隐时间，需选用容量较大的电容C3，导致产品体积变大，无法满足产品的小型化设计需求；

4）由于消隐时间长短由电容C3的放电速度决定，所以不能动态实现消隐时间的控制。

发明内容

本申请的目的在于提供一种蜂鸣输出方法及装置，其可以减少控制芯片IO端口的占用量，减小电路规模和体积，且实现消隐时间的控制，本申请一实施例中，该蜂鸣输出装置包括：

消隐控制模块，用于输出占空比可受控变化的脉冲宽度调制信号；

节拍控制模块，用于输出节拍控制信号以启动所述消隐控制模块输出所述脉冲宽度调制信号；

频率控制模块，用于对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号；

硬件控制模块，至少用于对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

一实施例中，所述消隐控制模块具体用于：输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号。

一实施例中，所述硬件控制模块包括与所述频率调节模块连接的滤波单元、信号放大单元、以及蜂鸣器，所述信号放大单元将所述滤波单元输出的蜂鸣信号放大后驱动所述蜂鸣器发声。

一实施例中，所述硬件控制模块还包括连接在所述蜂鸣器两端的功能电容，以减小所述经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号。

一实施例中，所述滤波单元包括RC滤波电路。

一实施例中，所述信号放大单元包括放大晶体管，所述硬件控制模块还包括用于消除所述蜂鸣器内部高压电动势的功能二极管。

一实施例中，所述消隐控制模块、节拍控制模块、以及频率控制模块集成在控制芯片的程序中，所述控制芯片通过一IO端口与所述硬件控制模块连接。

本申请一实施例提供的蜂鸣输出方法，包括以下步骤：

输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比按设定方式变化的脉冲宽度调制信号；

对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号；

对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

一实施例中，输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比按设定方式变化的脉冲宽度调制信号，具体包括：

输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号。

一实施例中，所述方法还包括：

对所述蜂鸣信号进行信号放大，并减小所述经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号。

与现有技术相比，本申请提供的蜂鸣输出方法和装置通过消隐控制模块输出占空比可受控变化的脉冲宽度调制信号这种软件控制的方式替代现有技术中外部节拍控制电路中的大容量电容，减小了电路规模和体积，有利于产品的小型化设计，且保证了消隐时间可控；并且，控制芯片部分只需提供一个IO供调制信号输出，即可满足后续蜂鸣信号的输出需求，减少了对控制芯片IO口的占用。

附图说明

图1是现有技术中蜂鸣驱动电路的一实施方式的电路图；

图2是现有技术中蜂鸣驱动电路的又一实施方式的电路图；

图3是本申请蜂鸣输出装置一实施方式的模块示意图；

图4是本申请蜂鸣输出装置一实施方式中，产生的脉冲宽度调制信号、调频信号、调制信号以及蜂鸣信号的波形示意图；

图5是本申请蜂鸣输出方法一实施方式的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图3，介绍本申请蜂鸣输出装置的一具体实施方式。在本实施方式中，该蜂鸣输出装置包括消隐控制模块20、节拍控制模块10、频率控制模块30以及硬件控制模块200。

消隐控制模块20用于输出占空比可受控变化的脉冲宽度调制（PWM）信号。在不同的实施例中，消隐控制模块20可以控制脉冲宽度调制信号具有不同的占空比变化方式。例如，需要声音呈和弦式逐渐消隐，则可以控制输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号，而若需要声音逐渐增强，则可以控制输出占空比逐渐增大的脉冲宽度调制信号等。

节拍控制模块10用于输出节拍控制信号以启动所述消隐控制模块20输出所述脉冲宽度调制信号。也即，节拍控制模块10用于决定消隐模块何时开始输出蜂鸣信号。在一实施例中，例如节拍控制模块10控制输出方波的节拍控制信号，而当节拍控制信号跳变到高电平时，消隐控制模块20被控制地开始输出脉冲宽度调制信号。

频率控制模块30用于对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号。具体地，频率控制模块30输出目标频率的调频信号，对消隐控制模块20输出的脉冲宽度调制信号（载波信号）进行调频，以使该脉冲宽度调制信号变为设定的目标频率。

硬件控制模块200至少用于对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。具体地，硬件控制模块200包括与频率调节模块连接的滤波单元40、信号放大单元50、以及蜂鸣器70。滤波单元40包括一RC滤波电路，用于将调制信号滤波为幅度随脉冲宽度调制信号的占空比变化的蜂鸣信号，脉冲宽度调制信号的占空比越大，则对应部分的蜂鸣信号幅度越高，反之则幅度越小。信号放大单元50用于将滤波单元40输出的蜂鸣信号放大后驱动蜂鸣器70发声。信号放大单元50包括放大晶体管，一实施例中，该放大晶体管可以为三极管。

一实施例中，硬件控制模块200还包括连接在蜂鸣器70两端的功能电容60，以减小经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号，改善蜂鸣器70的音质。

在本实施方式中，消隐控制模块20、节拍控制模块10、以及频率控制模块30集成在同一控制芯片100的程序中，该控制芯片100通过一IO端口与所述硬件控制模块200连接，如此，减少了控制芯片100的IO端口被占用的资源。

继续参图3，为更好的说明本申请蜂鸣输出装置的工作原理，以下示出一具体的实施例。

以需要发出一声逐渐消隐的“叮……”蜂鸣声为例。首先，确定“叮……”的音调对应的频率确定频率控制模块30输出的调频信号的具体频率；接着，节拍控制模块10输出节拍控制信号，控制消隐控制模块20输出占空比最大的脉冲宽度调制信号，该部分脉冲宽度调制信号经过频率控制模块30的调频后，通过控制芯片100的IO端口输出，并经过由电阻R2和电容C2组成的滤波电路进行滤波得到蜂鸣信号，该蜂鸣信号经过限流电阻R3被三极管Q1放大，从而驱动蜂鸣器70发出最大的音量的“叮”声；在此过程中，消隐控制模块20输出的脉冲宽度调制信号的占空比逐渐减小，对应地，蜂鸣器70发出的“叮”声也逐渐减小，形成了一连续且逐渐消隐的“叮……”蜂鸣声。在此过程中，连接在蜂鸣器70两端的电容C1会将被放大的蜂鸣信号中部分的中高频信号的吸收，以减弱蜂鸣器70发出蜂鸣声的刺耳感，优化蜂鸣器的发声品质。在一次蜂鸣器发声结束后，二极管D1会吸收蜂鸣器70内部在三极管Q1关断瞬间产生的高压电动势，确保整个蜂鸣器驱动电路的安全可靠。

配合参图4，所示的脉冲宽度调制信号是由消隐控制模块产生的持续的PWM信号；调频信号是由频率控制模块产生，与目标频率相同；调制信号是由调频信号对脉冲宽度调制信号进行调制后，得到的按目标频率间断的调制信号；该调制信号经过滤波后，得到蜂鸣信号；该蜂鸣信号和目标频率相同，而幅度则随脉冲宽度调制信号的占空比变化。

参图5，介绍本申请蜂鸣输出方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括以下步骤：

S1、输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比按设定方式变化的脉冲宽度调制信号。

在一实施例中，例如节拍控制模块控制输出方波的节拍控制信号，而当节拍控制信号跳变到高电平时，消隐控制模块被控制地开始输出脉冲宽度调制信号。并且，在不同的实施例中，消隐控制模块可以控制脉冲宽度调制信号具有不同的占空比变化方式。例如，需要声音呈和弦式逐渐消隐，则可以控制输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号，而若需要声音逐渐增强，则可以控制输出占空比逐渐增大的脉冲宽度调制信号等。

S2、对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号。

一实施例中，可以是通过频率控制模块输出目标频率的调频信号，对消隐控制模块输出的脉冲宽度调制信号（载波信号）进行调频，以使该脉冲宽度调制信号变为设定的目标频率。

S3、对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

一实施例中，可以是通过RC滤波电路将调制信号滤波为幅度随脉冲宽度调制信号的占空比变化的蜂鸣信号，脉冲宽度调制信号的占空比越大，则对应部分的蜂鸣信号幅度越高，反之则幅度越小。

一实施例中，还可以通过信号放大单元对蜂鸣信号进行放大，并通过功能电容减小经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号，以减弱蜂鸣器发出蜂鸣声的刺耳感，优化蜂鸣器的发声品质。

本申请通过上述实施方式/实施例，具有以下有益效果：

（1）用软件实现的消隐控制模块取代现有技术中外部节拍控制电路中的大容量电容，减小了电路体积，使得产品的小型化变为可能；同时，消隐控制模块还使得消隐的速度和变化曲线可控，而不依赖于电容的放电特性。

（2）用软件实现的节拍控制模块、消隐控制模块和频率控制模块可以共同完成调制信号的输出，而调制信号经过硬件控制模块简单的滤波即可输出蜂鸣信号；节拍控制模块、消隐控制模块和频率控制模块集成在控制芯片的程序内，调制信号通过该控制芯片的一个IO端口即可实现与硬件控制模块的信号传输，降低了控制芯片的IO端口占用率。

（3）大大减小了电路规模，减小了整个蜂鸣输出装置的电路占用空间，降低了硬件成本，且提高了电路的可靠性。

本发明是参照根据本发明实施例的方法和设备（系统）来描述的。应理解可由计算机程序指令结合信息感应设备实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令配合信息感应设备产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蜂鸣输出装置，其特征在于，包括：

消隐控制模块，用于输出占空比可受控变化的脉冲宽度调制信号；

节拍控制模块，用于输出节拍控制信号以启动所述消隐控制模块输出所述脉冲宽度调制信号；

频率控制模块，用于对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号；

硬件控制模块，至少用于对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

2.根据权利要求1所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述消隐控制模块具体用于：输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号。

3.根据权利要求1所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述硬件控制模块包括与所述频率调节模块连接的滤波单元、信号放大单元、以及蜂鸣器，所述信号放大单元将所述滤波单元输出的蜂鸣信号放大后驱动所述蜂鸣器发声。

4.根据权利要求3所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述硬件控制模块还包括连接在所述蜂鸣器两端的功能电容，用于减小所述经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号。

5.根据权利要求3所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述滤波单元包括RC滤波电路。

6.根据权利要求3所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述信号放大单元包括放大晶体管，所述硬件控制模块还包括用于消除所述蜂鸣器内部高压电动势的功能二极管。

7.根据权利要求1所述的蜂鸣输出装置，其特征在于，所述消隐控制模块、节拍控制模块、以及频率控制模块集成在控制芯片的程序中，所述控制芯片通过一IO端口与所述硬件控制模块连接。

8.一种蜂鸣输出方法，其特征在于，包括以下步骤：

输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比按设定方式变化的脉冲宽度调制信号；

对所述脉冲宽度调制信号进行调制，以获得目标频率的调制信号；

对所述调制信号进行滤波，以输出蜂鸣信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比按设定方式变化的脉冲宽度调制信号，具体包括：

输出节拍控制信号以启动消隐控制模块输出占空比逐渐减小的脉冲宽度调制信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述蜂鸣信号进行信号放大，并减小所述经放大后的蜂鸣信号中的中高频信号。