二进制信号
二进制信号,作为一种基础逻辑表示方式,仅包含两种可能的取值——真或假、开或关、高或低等相对立的二元状态。
在电子工程领域,我们主要关注的是信号的电平状态,特别是在微控制器应用中常见的高低电平概念。
通过控制三极管基极的电平高低,我们可以精确调控其集电极和发射极之间的导通程度,进而实现对负载设备的控制功能,例如在蜂鸣器驱动电路中的应用。
发声模块

发声模块是电子系统中一种基础类型的传感装置,主要分为有源和无源两种类型。
其工作原理与扬声器类似,通常采用线圈和磁铁的组合结构,通过向线圈提供交流电使其在磁场中产生振动,带动振膜发出声音。
有源发声模块内部集成了振荡电路,能够将直流电信号转换为交流电信号以产生声音。
然而由于振荡电路的频率是固定的,因此输出声音的频率不可调节,我们只能通过控制功率大小来调整声音的响度。
无源发声模块则不包含振荡电路,需要外部提供特定频率的交流电信号才能发出声音。
我们可以通过单片机的I/O引脚产生指定频率的信号来驱动,或者借助时钟芯片产生周期性变化的电流来驱动。
通过改变驱动信号的频率,即可产生不同音调的声音,这也是许多音乐合成器的基本原理。
发声模块通常具有三个引脚:电源引脚(VCC)、接地引脚(GND)以及信号引脚(I/O)。
单片机的I/O引脚通常无法直接驱动发声模块,主要原因有两个:一是单片机I/O口的驱动电流可能不足以使发声模块正常工作;二是发声模块的线圈可能会对单片机内部电路造成损害。
因此,我们需要设计一个驱动电路来确保正常工作。
三极管具有基极、集电极和发射极三个电极,根据其导电特性可分为NPN和PNP两种类型。
我们将单片机的I/O引脚连接到三极管的基极,将发声模块和三极管的集电极、发射极连接。
单片机通过I/O引脚控制三极管的基极电平,进而控制集电极和发射极之间的导通状态,最终实现对发声模块的驱动控制。
这里展示了一个基于S8050三极管的发声模块驱动电路。S8050是一款小功率NPN型硅管,其集电极-基极反向电压(Vcbo)最大可达40V,集电极电流(Ic)最大为0.5A。
当单片机I/O引脚输出高电平时,会控制三极管的集电极和发射极导通,此时电流从VCC经过发声模块、三极管的集电极和发射极,最终流向GND,形成闭合回路,发声模块发出声音。
这是一种典型的正逻辑、共阳极驱动电路。
根据三极管的电压和电流特性,我们可以将这种电路应用于更多场景,例如驱动更大功率的LED、直流电机等。
这类电路属于数字输出型、高电平触发型的传感器驱动电路。
如果使用的是有源发声模块,那么通过高低电平控制即可实现其工作状态——发声或不发声;
如果使用的是无源发声模块,当我们在基极(即单片机I/O引脚)施加频率脉冲信号时,根据三极管的特性,发声模块会产生相应频率的声音。
这是一种高电平触发的驱动方式,那么是否存在低电平触发的驱动方式呢?
答案是肯定的,我们可以在现有电路的基础上增加一个反相电路,或者使用PNP型三极管来实现低电平触发的驱动。
但是低电平触发的驱动方式通常需要在特定场景下使用。
单片机I/O引脚的工作模式主要有以下几种:
- 上拉模式:通过上拉电阻使引脚在未使用时默认处于高电平状态。
- 下拉模式:通过下拉电阻使引脚在未使用时默认处于低电平状态。
- 浮空模式:引脚的状态不确定,可能处于高电平也可能处于低电平。
当然,还有推挽模式和开漏模式等其他工作模式。