stm32f407定时器产生不同频率的方波模拟音节并且利用4.3寸液晶显示屏显示虚拟按键

### 使用 STM32F407 定时器生成不同频率方波模拟音节

为了使STM32F407能够生成不同频率的方波来模拟音节，主要依赖于定时器模块配置成PWM模式。通过改变定时器的自动重装载寄存器（ARR）和预分频器寄存器（PSC），可以精确控制输出信号的周期从而达到不同的频率。

对于无源蜂鸣器来说，其工作原理是基于接收特定频率的电信号而振动发声[^2]。因此，在STM32中设置合适的参数使得产生的PWM波形匹配所需音频频率即可让蜂鸣器发出对应的声音。

具体操作如下：

#### 配置定时器产生PWM波形

// 假设使用 TIM3 作为 PWM 输出通道
void Config_PWM(void){
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE(); // 启用TIM3时钟
    
    TIM_HandleTypeDef htim3;
    
    htim3.Instance = TIM3;

    // 初始化定时器基本参数
    htim3.Init.Prescaler         = SystemCoreClock / 1000000 - 1; // 设置为1us计数间隔
    htim3.Init.CounterMode       = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period            = 999;                            // 初始周期设定
    htim3.Init.ClockDivision     = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);

    // 配置PWM通道
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    sConfigOC.OCMode             = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse              = 500;                           // 占空比初始值
    sConfigOC.OCPolarity         = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode         = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}

当需要播放某个具体的音符时，则需计算该音符对应的频率f，并据此调整`Period`以及可能涉及到的`Prescaler`值以满足实际需求。例如要播放中央C(即C4)，则应将其转换为相应的PWM频率约为262Hz:

float freq_C4 = 262.0f;
uint16_t period = (SystemCoreClock / freq_C4) / 1000 - 1;
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, period); // 更新周期

以上代码片段展示了如何根据目标频率动态修改PWM波形特性，进而驱动蜂鸣器发出期望中的声音。

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### 在 4.3 寸 LCD 上实现虚拟按键显示

针对4.3英寸TFT-LCD屏上的图形界面开发，通常会借助GUI库简化编程流程。这里推荐使用TouchGFX或LittlevGL这样的第三方开源框架来进行UI设计。不过如果追求轻量化解决方案的话也可以直接利用硬件资源编写简单的绘图函数完成任务。

下面给出一段简易绘制矩形按钮并检测触摸事件的例子：

#include "lcd.h"
#include "touch.h"

#define BUTTON_WIDTH  80
#define BUTTON_HEIGHT 40

struct Button {
    uint16_t x;
    uint16_t y;
};

Button buttons[] = { 
    {.x=50,.y=50}, 
    {.x=150,.y=50},
    /* 更多按钮 */
};

void DrawButtons(){
    for(int i=0;i<sizeof(buttons)/sizeof(Button);++i){
        lcd_fill_rectangle(buttons[i].x,buttons[i].y,
                          BUTTON_WIDTH,BUTTON_HEIGHT,LCD_COLOR_RED);
        
        char text[10];
        sprintf(text,"Btn %d",i+1);
        lcd_draw_string(buttons[i].x + 10, buttons[i].y + 10,text,LCD_COLOR_WHITE);
    }
}

bool IsPressed(const Point& touchPoint,int index){
    const auto& btn = buttons[index];
    return ((btn.x <= touchPoint.X && touchPoint.X <= btn.x + BUTTON_WIDTH)&&
           (btn.y <= touchPoint.Y && touchPoint.Y <= btn.y + BUTTON_HEIGHT));
}

int main(){
    while(true){
        static TouchData last_touch={};
        Get_Touch_Data(&last_touch);
        if(last_touch.status==TOUCH_PRESSED){
            for(size_t idx=0;idx<(sizeof(buttons)/sizeof(Button));++idx){
                if(IsPressed({last_touch.x,last_touch.y},idx)){
                    PlayNote(idx); // 按下相应编号的键触发发音功能
                }
            }
        }
        DrawButtons();
    }
}

上述程序实现了基础的触控响应逻辑，每当用户点击屏幕上的某处位置时都会检查是否命中任何一个定义好的按钮区域，一旦确认就调用关联的动作处理例程比如PlayNote()去执行音乐播放指令。