如何使用Arduino音调功能在压电蜂鸣器或扬声器上播放旋律

Arduino是简化和加速微控制器项目的绝佳方式，这要归功于其开发人员社区，他们使几乎所有内容看起来都很简单。这里有很多Arduino项目供您尝试并享受乐趣。您的某些项目可能需要一些声音操作来通知某些内容或只是为了给观众留下深刻印象。如果我告诉你，几乎所有可以在钢琴上演奏的主题曲都可以在一个简单的程序和便宜的压电扬声器的帮助下在你的Arduino上模仿呢？

在本教程中，我们将学习使用 Arduino 音调 （） 功能在压电蜂鸣器或扬声器上播放旋律是多么简单易行.

所需硬件：

1. Arduino（任何版本 – 此处使用 UNO）
2. 压电扬声器/蜂鸣器或任何其他 8 欧姆扬声器。
3. 面包板
4. 连接线
5. 按钮
6. 1k 电阻器（可选）

了解 Arduino 的 Tone（） 函数：

在我们理解 音调（） 的工作原理之前，我们应该知道压电蜂鸣器是如何工作的.我们可能在我们学校了解过压电晶体， 它只不过是一种将机械振动转化为电能的晶体，反之亦然.在这里，我们应用一个可变的电流（频率），晶体振动从而产生声音。因此，为了使压电蜂鸣器产生一些噪音，我们必须使压电晶体振动，噪声的音调和音调取决于晶体振动的速度.因此，可以通过改变电流频率来控制音调和音高。

好的，那么我们如何从Arduino获得可变频率呢？这就是音调（）函数的用武之地。音调（）可以在特定引脚上生成特定频率。如果需要，也可以提及持续时间。音调 （） 的语法是

Syntax

tone(pin, frequency) 
tone(pin, frequency, duration)

Parameters

pin: the pin on which to generate the tone
frequency: the frequency of the tone in hertz - unsigned int
duration: the duration of the tone in milliseconds (optional) - unsigned long

引脚的值可以是您的任何数字引脚。我在这里使用了引脚 8。可以生成的频率取决于Arduino板中计时器的大小。对于UNO和大多数其他常见板，可以产生的最小频率为31Hz，可以产生的最大频率为65535Hz。然而，我们人类只能听到2000Hz到5000Hz之间的频率。

pitches.h 头文件：

现在，我们知道如何使用arduino tone（）函数产生一些噪音。但是，我们如何知道每个频率将产生什么样的音调？

Arduino给了我们一个音符表，将每个频率等同于特定的音符类型。这个笔记表最初是由Brett Hagman编写的， tone（） 命令是基于他的工作。我们将使用此便笺表来播放我们的主题。如果你是熟悉乐谱的人，你应该能够理解这个表，对于像我这样的其他人来说，这些只是另一个代码块。

#define NOTE_B0  31
#define NOTE_C1  33
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D1  37
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E1  41
#define NOTE_F1  44
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G1  49
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A1  55
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B1  62
#define NOTE_C2  65
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D2  73
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E2  82
#define NOTE_F2  87
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G2  98
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2  110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2  123
#define NOTE_C3  131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3  147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3  165
#define NOTE_F3  175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3  196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3  220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3  247
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5  587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5  659
#define NOTE_F5  698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5  784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5  880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5  988
#define NOTE_C6  1047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D6  1175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E6  1319
#define NOTE_F6  1397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G6  1568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A6  1760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B6  1976
#define NOTE_C7  2093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D7  2349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E7  2637
#define NOTE_F7  2794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G7  3136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A7  3520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B7  3951
#define NOTE_C8  4186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D8  4699
#define NOTE_DS8 4978

在Arduino上播放音符：

要使用Arduino演奏像样的旋律，我们应该知道这些旋律的构成。播放主题所需的三个主要因素是

1. 注释值
2. 注释持续时间
3. 速度

我们有 pitches.h 头文件来播放任何音符值，现在我们应该找出它的具体音符持续时间来播放它。节奏只不过是旋律应该演奏多快。一旦你知道音符值和音符持续时间，你可以将它们与 tone（） 一起使用，比如

tone (pinName, Note Value, Note Duration);

对于本教程中播放的音调，我在“themes.h”头文件中为您提供了音符值和音符持续时间，您可以使用它们在项目中播放它们。但是，如果您的矿井中有任何特定的音调，并且想在您的项目中播放它，请继续阅读......否则跳过这个话题，落到下一个话题。

要播放任何特定的音调 ，您必须获取该特定音乐的乐谱，并通过从中读取音符值和音符持续时间将乐谱转换为Arduino草图。如果你是一个音乐专业的学生，这对你来说是小菜一碟，否则花一些时间像我一样打破你的头。但是在一天结束时，当您的音调在压电蜂鸣器上播放时，您会发现您的努力值得.

获得音符值和音符持续时间后，将它们加载到“themes.h”头文件中的程序中，如下所示

//##############**"HE IS A PIRATE" Theme song of Pirates of caribbean**##############//
int Pirates_note[] = {
NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4,
NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, 
NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4,  
NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_F4, 
NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4,
0, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_B3, NOTE_D4, NOTE_B3, NOTE_E4, NOTE_F4,
NOTE_F4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_C4,
NOTE_D4, 0, 0, NOTE_A3, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_F4,
NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4,
NOTE_A4, NOTE_D4, 0, NOTE_D4, NOTE_E3, NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, 
NOTE_D4, 0, NOTE_D4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_D4
};
int Pirates_duration[] = {
4,8,4,8,4,8,8,8,8,4,8,4,8,4,8,8,8,8,4,8,4,8,
4,8,8,8,8,4,4,8,8,4,4,8,8,4,4,8,8,
8,4,8,8,8,4,4,8,8,4,4,8,8,4,4,8,4,
4,8,8,8,8,4,4,8,8,4,4,8,8,4,4,8,8,
8,4,8,8,8,4,4,4,8,4,8,8,8,4,4,8,8
};
//###########End of He is a Pirate song#############//

上面的代码块显示了电影《加勒比海盗》中“他是海盗”主题的音符值和音符持续时间。您可以像这样添加主题。

原理图和硬件：

这个Arduino音调发生器项目的示意图如下图所示：

连接非常简单，我们有一个压电扬声器，它通过 8K 电阻连接到引脚 1 和 Arduino 的接地.该 1k 电阻器是一个限流电阻器，用于将电流保持在安全限值内。我们还有四个开关来选择所需的旋律。开关的一端接地，另一端分别连接到引脚 2、3、4 和 5。开关将使用该软件在内部启用上拉电阻。由于电路非常简单，因此可以使用面包板进行连接，如下所示：

Arduino 程序说明：

一旦你理解了这个概念，Arduino程序就非常简单了。完整的代码在本教程结束时给出。如果您不熟悉添加头文件，可以从此处将代码下载为ZIP文件，然后直接将其上传到Arduino。

以上两个是必须添加的头文件。 “Pitches.h ”用于将每个音符等同于特定频率， “themes.h” 包含所有四个音调的音符值和音符持续时间。

#include "pitches.h"
#include "themes.h"

创建一个函数来在需要时播放每个音调。在这里，当函数 Play_Pirates（） 被称为“他是海盗”的音调将被播放。此功能由在引脚编号 8 处产生频率的音调功能组成。noTone（8） 被调用以在音乐播放后停止音乐。如果要播放自己的音调，请将Pirates_note和Pirates_duration更改为保存在 “themes.h” 值中的新音符和持续时间值

void Play_Pirates()
{
  for (int thisNote = 0; thisNote < (sizeof(Pirates_note)/sizeof(int)); thisNote++) {
    int noteDuration = 1000 / Pirates_duration[thisNote];//convert duration to time delay
    tone(8, Pirates_note[thisNote], noteDuration);
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.05; //Here 1.05 is tempo, increase to play it slower
    delay(pauseBetweenNotes);
    noTone(8);
    }
}

引脚 2、3、4 和 5 用于选择要播放的特定音调。默认情况下，这些引脚使用内部上拉电阻保持高电平，方法是使用上述代码行。按下按钮时，将其拉到地面。

pinMode(2, INPUT_PULLUP);
pinMode(3, INPUT_PULLUP);
pinMode(4, INPUT_PULLUP);
pinMode(5, INPUT_PULLUP);

下面的代码块用于在按下按钮时播放歌曲。它读取每个按钮的数字值，当它变低（零）时，它假设按钮被按下并通过调用所需的函数播放相应的音调。

if (digitalRead(2)==0)
{ Serial.println("Selected -> 'He is a Pirate' ");  Play_Pirates();  }
if (digitalRead(3)==0)
{ Serial.println("Selected -> 'Crazy Frog' ");  Play_CrazyFrog();  }
if (digitalRead(4)==0)
{ Serial.println("Selected -> 'Mario UnderWorld' ");  Play_MarioUW();  }
if (digitalRead(5)==0)
{ Serial.println("Selected -> 'He is a Pirate' ");  Play_Pirates();  }

这个旋律播放器Arduino电路的工作：

代码和硬件准备就绪后，只需将程序刻录到 Arduino 中，您只需按下按钮即可播放音调。如果您有任何问题，请查看串行监视器进行调试或使用评论部分报告问题，我很乐意为您提供帮助。

#include "pitches.h" //add Equivalent frequency for musical note

#include "themes.h" //add Note vale and duration 



void Play_Pirates()

{ 

  for (int thisNote = 0; thisNote < (sizeof(Pirates_note)/sizeof(int)); thisNote++) {


    int noteDuration = 1000 / Pirates_duration[thisNote];//convert duration to time delay

    tone(8, Pirates_note[thisNote], noteDuration);


    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.05; //Here 1.05 is tempo, increase to play it slower

    delay(pauseBetweenNotes);

    noTone(8); //stop music on pin 8 

    }

}


void Play_CrazyFrog()

{

  for (int thisNote = 0; thisNote < (sizeof(CrazyFrog_note)/sizeof(int)); thisNote++) {


    int noteDuration = 1000 / CrazyFrog_duration[thisNote]; //convert duration to time delay

    tone(8, CrazyFrog_note[thisNote], noteDuration);


    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;//Here 1.30 is tempo, decrease to play it faster

    delay(pauseBetweenNotes);

    noTone(8); //stop music on pin 8 

    }

}


void Play_MarioUW()

{

    for (int thisNote = 0; thisNote < (sizeof(MarioUW_note)/sizeof(int)); thisNote++) {


    int noteDuration = 1000 / MarioUW_duration[thisNote];//convert duration to time delay

    tone(8, MarioUW_note[thisNote], noteDuration);


    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.80;

    delay(pauseBetweenNotes);

    noTone(8); //stop music on pin 8 

    }

}


void Play_Titanic()

{

    for (int thisNote = 0; thisNote < (sizeof(Titanic_note)/sizeof(int)); thisNote++) {


    int noteDuration = 1000 / Titanic_duration[thisNote];//convert duration to time delay

    tone(8, Titanic_note[thisNote], noteDuration);


    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 2.70;

    delay(pauseBetweenNotes);

    noTone(8); //stop music on pin 8 

    }

}


void setup() {

pinMode(2, INPUT_PULLUP); //Button 1 with internal pull up

pinMode(3, INPUT_PULLUP); //Button 2 with internal pull up

pinMode(4, INPUT_PULLUP); //Button 3 with internal pull up

pinMode(5, INPUT_PULLUP); //Button 4 with internal pull up

Serial.begin(9600);

}


void loop() {

    if (digitalRead(2)==0)

      { Serial.println("Selected -> 'He is a Pirate' ");  Play_Pirates();  }

    if (digitalRead(3)==0)

      { Serial.println("Selected -> 'Crazy Frog' ");  Play_CrazyFrog();  }

    if (digitalRead(4)==0)

      { Serial.println("Selected -> 'Mario UnderWorld' ");  Play_MarioUW();  }

    if (digitalRead(5)==0)

      { Serial.println("Selected -> 'Titanic' ");  Play_Titanic();  }

}