2014-11-22更新：感謝Ireland同學的提醒，修改了PNP型三極管驅動電路，蜂鳴器從三極管的發射極改到了集電極，這樣效果會更好，電路也更合理。同時增加了備註4。
======================================
這一篇繼續上一篇的內容，我們來做實驗四：按鍵控制有源蜂鳴器，按下按鍵蜂鳴器響，釋放按鍵不響。
蜂鳴器
實驗四之前簡單介紹下蜂鳴器。蜂鳴器有兩種，無源蜂鳴器和有源蜂鳴器，一般用於發出報警的聲音。聲音是由震動產生的，大家都見過喇叭，喇叭裏面有磁鐵和線圈。給線圈通上不斷變化的電壓，在磁鐵產生的磁場中就會運動。於是和線圈固定在一起的振膜就會震動，於是就能聽見聲音了，而無源蜂鳴器和喇叭效果基本一樣。和無源蜂鳴器不同的是，有源蜂鳴器內部就有發聲電路，通上電壓合適的直流電就會發出叫聲。另外，有源蜂鳴器有正負極之分。圖中是常用的一種工作電壓爲5V的有源蜂鳴器，正面標有加號的一側引腳爲正極，如果器件是全新的沒有剪過引腳，正極引腳比負極長。
驅動電路
從上面的介紹來看，有源蜂鳴器和LED一樣，只要通電就能工作（如果沒有特殊說明，後面蜂鳴器就是指有源蜂鳴器）。但是爲什麼要單獨作爲一個實驗呢？
前面我們說了，單片機IO口能通過的電流是有限的，過大的電流可能會燒壞管腳，或者不能正常工作。蜂鳴器和LED相比最主要的區別，就是蜂鳴器比LED需要的電流大很多，電壓一般也會高一些。
爲了讓單片機驅動蜂鳴器，也就是控制蜂鳴器工作，我們需要使用一些特別的電路。不知道大家是否瞭解繼電器，繼電器的特點就是用小電流低電壓，控制大電流高電壓電路。但是一般的繼電器控制端需要的電流，對於單片機來說還是太大了，而且繼電器價格比較高，能控制很大的電流，用在這裏大材小用了。而這裏我們要用的器件是三極管。
三極管基本介紹
三極管的作用主要是放大電流。和名字一樣，三極管有三個管腳：發射極、基極、集電極，分別簡寫爲E、B、C。有兩種類型，PNP型和NPN型，兩種類型的三極管工作時電流方向恰好相反，電路符號也不相同，如圖所示。發射極上的箭頭正是表示工作時電流方向的。
三極管有很多參數，實際的三極管也有很多種，封裝也各種各樣。下圖是常見的TO-92封裝的直插式小功率三極管。注意，這種外形只是封裝，並不是三極管專用，也有其他器件會用這樣的封裝，具體要看上面標示的器件型號，例如圖中的S9012表示它是9012三極管。像圖中一樣管腳朝下放置，半圓柱的平面正對自己，從左往右三個管腳分別是E、B、C。
三極管作爲電子開關使用
三極管有三種工作狀態，截止區、放大區、飽和區。在放大區，可以放大電信號，我們用的擴音器等設備就可以通過三極管實現。在單片機中我們主要利用三極管的截止區和飽和區，作電子開關使用，常用下面這樣的電路圖。
左圖和右圖分別是NPN、PNP型三極管的電路圖。R1、S1和R2、S2相當於單片機IO口，三極管集電極接蜂鳴器。NPN型電路控制蜂鳴器高電平有效，即IO口輸出高電平的時候，蜂鳴器就會響。PNP型反之。爲了方便觀察，我接的是LED，和蜂鳴器是一樣的道理，可以看到圖中LED就點亮了。注意三極管的管腳位置不可接反，要驅動的負載即圖中的LED也不能接反。
常用PNP三極管有9012、8550等，NPN三極管有9013，8050等。
三極管的原理和很詳細的工作情況分析，需要不少的計算過程，有興趣的讀者可以查看模擬電路相關的書籍資料。文章末尾也會簡單分析三極管工作機制，有興趣的同學可以看看。如果覺得難以理解，學習單片機過程中，可以不做深入研究。
電路設計
程序的實現和點亮LED差不多，不過要看你的電路確定是高電平還是低電平有效。按照前面的三極管電路，我們可以用9012實現蜂鳴器驅動電路，低電平有效，電路圖如下，注意蜂鳴器的正負極不能接反。
圖中P1.0上接的LED還放在那（當然也可以去掉），P2.0上接了按鍵開關，P2.1上連接了三極管驅動的蜂鳴器。
我用麪包板搭建的電路。
備註：三極管在這裏起到開關的狀態，建議優先考慮使用PNP型三極管電路。因爲三極管的作用是放大電流，對於同一個三極管而言，如果要輸出更大的電流，一般就要在基極輸入更大電流。而使用PNP型電路時，IO口輸出低電平有效，對於單片機來說是灌電流，此時基極能提供的電流更大，從而提供更大電流以驅動蜂鳴器。我在實際測試時，如果使用NPN型三極管9013，可以驅動LED，但不足以驅動蜂鳴器，除非自己給IO口再外接一個上拉電阻。
程序實現
首先是定義LED、按鍵、蜂鳴器三個IO口
sbit LED = P1^0;
sbit KEY = P2^0;
sbit BUZZER = P2^1;
然後先設置KEY=1，然後在主循環中處理即可。這裏我用的是PNP驅動，蜂鳴器和LED一樣，是低電平有效。
void main()
{
KEY = 1;
while(1) {
LED = KEY;
BUZZER = KEY;
}
}
搭建完電路並燒寫好程序，按下按鍵，LED會被點亮，同時蜂鳴器就能發出聲音了。
三極管工作機制簡要分析
三極管的特性分析比較複雜，這裏我通過仿真進行簡單介紹，三極管的原理和更多的深入知識，可以查閱相關模擬電路書籍。下圖是我用Multisim軟件仿真的電路（如果有興趣自己仿真，請自行安裝學習Multisim軟件）。
圖中左邊的VCC通過可調電阻Rp分壓，接到三極管基極，右邊VCC通過一個電阻接到三極管集電極，三極管發射極接地。兩個綠色箭頭是Multisim中的探針，可以在黃色的框中顯示導線上通過的電流大小，以及導線上的電壓（也就是相對於GND的電壓）。
我們把這個電路看成兩個電流通路，分別是由紫色和橙色箭頭標註。調節Rp到合適的位置，就會有電流通過基極，大小爲Ib，也就是紫色通路的電流。由於三極管的特性，Ic即橙色通路的電流也會根據Ib而變化。從圖中也可以看出來，左右兩個探針顯示的直流電流I(dc)分別爲1.71nA和172nA（即Ib和Ic）。
如果調節Rp，如圖Ib=3.33uA，此時Ic=333uA。多調整幾次並觀察結果，可以發現在一定範圍內，始終近似有Ic=100*Ib（在模擬電路中，常直接用等號代表約等於，誤差在所難免）。這正是三極管的放大特性。如果在基極接的是話筒，在集電極接喇叭，就可以放大聲音信號了。當然實際電路還需要添加一些器件。而這裏的100就是圖中三極管的放大倍率，是三極管很重要的一個參數（所謂參數，就像電阻的阻值一樣的道理）。
如果調節Rp，使基極電流Ib很大，例如圖中Ib=1mA，此時Ic只有4.95mA，而不是100mA，不滿足前面的條件了。前面說的是在一定範圍內，Ic=100*Ib，也就是兩者成正比，叫做三極管的線性區，也叫放大區。而如果基極和發射極之間電壓太大，超過一定範圍，就進入了三極管的飽和區，Ic的值比較大；反之，如果電壓太小就會進入截止區，在截止區，Ic很小，幾乎爲0。正是利用這個特性，我們可以把單片機IO口接在基極，而在三極管集電極連接蜂鳴器，從而進行控制。
備註1：仿真電路有很大的侷限性，只能在一定程度上模擬實際電路。實際電路很複雜，例如導線有電阻，但是仿真軟件的設計很難考慮這麼多因素，還有一些目前仍然未知的問題也不能考慮到。所以仿真結果只能作爲參考。例如上面這個電路，我發現即使不斷調節Rp，讓滑片直接移動到5V的那一端，基極電壓卻仍然沒有達到5V，和實際電路中並不相符。
備註2：前面說單片機IO口使用了電子開關，就類似於上面的三極管電路，不過單片機中實際用的一般是MOS管。
備註3：爲了讓三極管工作在放大區，常常使用電阻使基極和發射極之間電壓保持在一定的範圍內。這個過程叫做靜態工作點的設置。設置好靜態工作點，然後在其上疊加需要放大的幅度較小的交流信號（如果直接加交流信號，不會工作在放大區）。
備註4：三極管作爲電子開關時，雖然不工作在放大區，但是仍然起到了電流放大的作用，只是不滿足線性區的放大倍數關係。上圖中的Rp如果換成一個固定電阻和一個阻值隨溫度變化的熱敏電阻，三極管放大倍數足夠大的情況下，就可以做成熱敏開關，可以根據溫度控制LED的開關，而電子開關也因此得名。
=======================================================
《單片機小白學步》系列教程（原名《單片機入門指南》）介紹
本系列教程從最基本的入門知識開始，逐步深入介紹單片機系統設計，內容包括：
1、入門篇：單片機等基本概念、各種電子設計基本知識
2、思想篇：單片機/計算機系統設計的工程思想
3、學習篇：單片機學習過程、方法和技巧，以51單片機爲例介紹，並推廣到其他單片機
4、應用篇：遵循規範的工程方法，設計單片機系統實例（計劃設計的系統有：計算器、電子錶、密碼鎖、簡易手機，具體看有沒有時間再確定）
5、原理篇：從模擬電路、數字電路開始，逐步深入介紹單片機/計算機系統原理，並自行設計簡易的CPU（由於個人水平有限，這部分沒有把握寫好，具體內容視情況而定）
教程特點
1、技術知識點全面，從入門到精通
包含了各種基本知識，尤其是對單片機基本概念的介紹、爲什麼要用單片機等，在很多同類書籍教程中都被忽略了。同時也包含了一些深入的知識，包括原理篇考慮對單片機的基本原理進行介紹，有助於深入理解單片機。
本系列教程以51單片機爲例進行介紹。通過51介紹完單片機的基本知識，我會再把430進行簡要介紹，尤其是對比兩者之間的優缺點，讓大家很快感受到430的巨大優勢，而學習51正好爲快速瞭解430打下了堅實的基礎。
2、除了單片機知識，還有思想、方法、技巧的介紹
本系列教程中，介紹單片機各種模塊編程知識的主要是學習篇，而學習篇只是整個教程的一部分。在學習篇中我會貫穿各種方法技巧，如何理解一些模塊功能，怎麼看時序圖，嚴格遵守工程思想進行編程，程序發生了錯誤怎麼調試等等。而在思想篇中會總體介紹很多重要的思想，爲後面的學習做好準備工作。
3、知識先後順序的設計
單片機學習過程中，涉及大量的知識，而且很多知識之間相互依賴，關聯很強。
本系列教程對知識的先後順序進行比較明確的規劃，盡最大可能符合人的認知過程。但是實際規劃時發現，無論怎麼調整知識的順序，總有一些知識之間相互依賴，關係複雜。例如開始講IO口的時候肯定會提到寄存器，而寄存器這個詞的理解，需要深厚的背景知識。但是這些背景知識在沒有進行實踐的時候也很難理解。
初學者常常就會在這樣的地方感覺疑惑不解，不知所措。而每次遇到類似這樣的知識，我會向初學者指出，應該如何對待。這個知識是應該自己去學習補充，還是等到學完原理篇再做理解，而現在又應該怎麼去看待這個名詞。
另外，在整個教程的學習前，需要掌握一定的C語言等基礎知識，具體可參考教程第〇篇《序》中的相關說明
http://www.hainter.com/mcu-primer-0
4、語言通俗易懂
本系列教程力求語言通俗易懂，而不會用一堆新手不懂的詞語去解釋另一個不懂的詞語。但是受限於個人語言表達能力，可能有些地方表述的比較繁瑣，或者不清楚，希望大家能夠幫忙指出。
《單片機小白學步》交流羣
歡迎單片機愛好者加入《單片機小白學步》交流羣。此羣目標：
1、較高質量的單片機等技術的學習交流羣
2、爲《單片機小白學步》讀者及時提供更新通知
3、結交愛好思考學習，對技術感興趣，志同道合的朋友
加羣原則是寧可少加人，也要保證質量（不懂技術沒關係，關鍵是有一顆不怕困難、熱愛學習的心）。有空的時候我會重點在裏面回答一些技術問題。也鼓勵大家相互討論和促進~羣裏主要話題爲單片機相關，但是也可以討論各種想法等內容，愛學習愛思考的也可以加。羣號：124083011，請正確回答問題後進入，也希望幫忙推薦周圍合適的人加羣。
其他問題
如果覺得我寫的對你有幫助，歡迎多多反饋，包括寫的不正確、不合理、不太明白都可以指出來，這樣方便我對其進行完善。
更多可參見：《如何以學習單片機爲契機，逐步成爲優秀的工程師》
http://www.hainter.com/mcu-engineer
本系列教程首發於我的個人主頁，歡迎訪問（由於是國外服務器，速度稍微有點慢）：
http://www.hainter.com/category/hacker/mcu-primer
同時會將其轉發到CSDN、電子發燒友等站點，歡迎關注。
CSDN專欄網址 http://blog.csdn.net/column/details/mcu-introduction.html
電子發燒友論壇 http://bbs.elecfans.com/zhuti_mcu_1.html
版權聲明：本文由jzj1993原創，請自覺尊重知識成果，轉載註明來源！ 原文鏈接：http://www.hainter.com/mcu-primer-22