Arduino基础入门篇08—播放音乐

本篇介绍电子产品中的发声器件—蜂鸣器，通过控制蜂鸣器播放「葫芦娃」，带你回归美好童年。

1. 了解蜂鸣器

蜂鸣器是一种电子发声元器件，可以发出"beep"的声音。采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。

• 有源蜂鸣器： 内部带有震荡源，只要一通电就会发出固定频率的声音。

• 无源蜂鸣器：内部不带震荡源，需要使用2KHz到5KHz的脉冲信号驱动发声，声音频率可变。

从外观上来看两种蜂鸣器形状相似，有源蜂鸣器底部有密封，无源蜂鸣器底部可看到电路板。两种蜂鸣器都标注有正负极。

2. 实验材料

• Uno R3开发板
• 配套USB数据线
• 面包板及配套连接线
• 有源蜂鸣器
• 无源蜂鸣器

3. 实验步骤

1. 根据原理图搭建电路。

   蜂鸣器正极接开发板数字引脚8，负极接开发板GND，连接非常简单。

   电路原理图如下图所示：

实物连接图如下图所示：

2. 新建sketch，拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。

/*
 * BUZZER1
 * 有源蜂鸣器控制
 */

int buzzer = 8;//设置控制蜂鸣器的数字IO脚
void setup()
{
  pinMode(buzzer, OUTPUT); //设置数字IO脚模式，OUTPUT为输出
}
void loop()
{
  digitalWrite(buzzer, HIGH); //发声音
  delay(300);//延时300ms
  digitalWrite(buzzer, LOW); //不发声音
  delay(300);//延时300ms
}

3. 连接开发板，设置好对应端口号和开发板类型，进行程序下载。

   

4. 下载后有源蜂鸣器发出声音频率固定的声音。

5. 将有源蜂鸣器替换成无源蜂鸣器，拷贝如下代码进行保存并下载。

/*
   BUZZER2
   使用无源蜂鸣器播放《葫芦娃》
*/

//对应音符和频率值
#define NOTE_D0 -1
#define NOTE_D1 294
#define NOTE_D2 330
#define NOTE_D3 350
#define NOTE_D4 393
#define NOTE_D5 441
#define NOTE_D6 495
#define NOTE_D7 556

#define NOTE_DL1 147
#define NOTE_DL2 165
#define NOTE_DL3 175
#define NOTE_DL4 196
#define NOTE_DL5 221
#define NOTE_DL6 248
#define NOTE_DL7 278

#define NOTE_DH1 589
#define NOTE_DH2 661
#define NOTE_DH3 700
#define NOTE_DH4 786
#define NOTE_DH5 882
#define NOTE_DH6 990
#define NOTE_DH7 112

#define WHOLE 1
#define HALF 0.5
#define QUARTER 0.25
#define EIGHTH 0.25
#define SIXTEENTH 0.625

//整首曲子的音符部分
int tune[] =
{
  NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D0,
  NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D0, NOTE_D6,
  NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D0, NOTE_D6,
  NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D0,

  NOTE_D1, NOTE_D1, NOTE_D3,
  NOTE_D1, NOTE_D1, NOTE_D3, NOTE_D0,
  NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D6,
  NOTE_D5, NOTE_D1, NOTE_D3, NOTE_D0,
  NOTE_DH1, NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D6,
  NOTE_D5, NOTE_D1, NOTE_D2, NOTE_D0,
  NOTE_D7, NOTE_D7, NOTE_D5, NOTE_D3,
  NOTE_D5,
  NOTE_DH1, NOTE_D0, NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D6,
  NOTE_D0, NOTE_D5, NOTE_D1, NOTE_D3, NOTE_D0,
  NOTE_DH1, NOTE_D0, NOTE_D6, NOTE_D6, NOTE_D5, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D6,
  NOTE_D0, NOTE_D5, NOTE_D1, NOTE_D2, NOTE_D0,
  NOTE_D3, NOTE_D3, NOTE_D1, NOTE_DL6,
  NOTE_D1,
  NOTE_D3, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D6,
  NOTE_D3, NOTE_D5, NOTE_D6, NOTE_D6,
  NOTE_DH1, NOTE_D0, NOTE_D7, NOTE_D5,
  NOTE_D6,
};

//曲子的节拍，即音符持续时间
float duration[] =
{
  1, 1, 0.5, 0.5, 1,
  0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1, 0.5, 0.5,
  0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 0.5,
  0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1, 1,

  1, 1, 1 + 1,
  0.5, 1, 1 + 0.5, 1,
  1, 1, 0.5, 0.5, 1,
  0.5, 1, 1 + 0.5, 1,
  0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1 + 1,
  0.5, 1, 1 + 0.5, 1,
  1 + 1, 0.5, 0.5, 1,
  1 + 1 + 1 + 1,
  0.5, 0.5, 0.5 + 0.25, 0.25, 0.5 + 0.25, 0.25, 0.5 + 0.25, 0.25,
  0.5, 1, 0.5, 1, 1,
  0.5, 0.5, 0.5 + 0.25, 0.25, 0.5 + 0.25, 0.25, 0.5 + 0.25, 0.25,
  0.5, 1, 0.5, 1, 1,
  1 + 1, 0.5, 0.5, 1,
  1 + 1 + 1 + 1,
  0.5, 1, 0.5, 1 + 1,
  0.5, 1, 0.5, 1 + 1,
  1 + 1, 0.5, 0.5, 1,
  1 + 1 + 1 + 1
};

int length;//定义一个变量用来表示共有多少个音符
int tonePin = 8; //蜂鸣器的pin

void setup()
{
  pinMode(tonePin, OUTPUT); //设置蜂鸣器的pin为输出模式
  length = sizeof(tune) / sizeof(tune[0]); //这里用了一个sizeof函数，查出数组里有多少个音符
}

void loop()
{
  for (int x = 0; x < length; x++) //循环音符的次数
  {
    tone(tonePin, tune[x]); //依次播放tune数组元素，即每个音符
    delay(400 * duration[x]); //每个音符持续的时间，即节拍duration，400是调整时间的越大，曲子速度越慢，越小曲子速度越快
    noTone(tonePin);//停止当前音符，进入下一音符
  }
  delay(5000);//等待5秒后，循环重新开始
}

6. 下载完毕后，无源蜂鸣器就会播放「葫芦娃」神曲了。

4. 函数介绍

tone()

• 描述：在指定引脚产生指定频率的方波，可用于蜂鸣器或扬声器播放音调。
• 函数原型：
  • tone(pin, frequency)
  • tone(pin, frequency, duration)
• 参数：
  • pin：产生音调的引脚。
  • 音调频率，单位赫兹。
  • 音调持续时间(毫秒单位)，此参数可选。
• 返回值：没有

noTone()

• 描述：停止产生方波。
• 函数原型： noTone(pin)
• 参数：需要停止产生音调的引脚。
• 返回值：没有。

noTone(pin)用来停止由tone(pin, frequency)产生的音调。

5. 程序分析

有源蜂鸣器程序比较简单，通过控制数字I/O引脚输出高低电平来让有源蜂鸣器发声。

无源蜂鸣器播放「葫芦娃」程序中，定义了跟乐理相关的知识，音符需要对应频率，拍子就是每个音符播放时间。还可以根据不同简谱来演奏出不同的曲子。

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