如何使用Arduino音調(diào)功能在壓電蜂鳴器或揚(yáng)聲器上播放旋律

Arduino是簡化和加速微控制器項(xiàng)目的絕佳方式，這要?dú)w功于其開發(fā)人員社區(qū)，他們使幾乎所有內(nèi)容看起來都很簡單。這里有很多Arduino項(xiàng)目供您嘗試并享受樂趣。您的某些項(xiàng)目可能需要一些聲音操作來通知某些內(nèi)容或只是為了給觀眾留下深刻印象。如果我告訴你，幾乎所有可以在鋼琴上演奏的主題曲都可以在一個(gè)簡單的程序和便宜的壓電揚(yáng)聲器的幫助下在你的Arduino上模仿呢？

在本教程中，我們將學(xué)習(xí)使用 Arduino 音調(diào) （） 功能在壓電蜂鳴器或揚(yáng)聲器上播放旋律是多么簡單易行.

所需硬件：

1. Arduino（任何版本 – 此處使用 UNO）
2. 壓電揚(yáng)聲器/蜂鳴器或任何其他 8 歐姆揚(yáng)聲器。
3. 面包板
4. 連接線
5. 按鈕
6. 1k 電阻器（可選）

了解 Arduino 的 Tone（） 函數(shù)：

在我們理解 音調(diào)（） 的工作原理之前，我們應(yīng)該知道壓電蜂鳴器是如何工作的.我們可能在我們學(xué)校了解過壓電晶體， 它只不過是一種將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的晶體，反之亦然.在這里，我們應(yīng)用一個(gè)可變的電流（頻率），晶體振動(dòng)從而產(chǎn)生聲音。因此，為了使壓電蜂鳴器產(chǎn)生一些噪音，我們必須使壓電晶體振動(dòng)，噪聲的音調(diào)和音調(diào)取決于晶體振動(dòng)的速度.因此，可以通過改變電流頻率來控制音調(diào)和音高。

好的，那么我們?nèi)绾螐腁rduino獲得可變頻率呢？這就是音調(diào)（）函數(shù)的用武之地。音調(diào)（）可以在特定引腳上生成特定頻率。如果需要，也可以提及持續(xù)時(shí)間。音調(diào) （） 的語法是

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

引腳的值可以是您的任何數(shù)字引腳。我在這里使用了引腳 8?？梢陨傻念l率取決于Arduino板中計(jì)時(shí)器的大小。對(duì)于UNO和大多數(shù)其他常見板，可以產(chǎn)生的最小頻率為31Hz，可以產(chǎn)生的最大頻率為65535Hz。然而，我們?nèi)祟愔荒苈牭?000Hz到5000Hz之間的頻率。

pitches.h 頭文件：

現(xiàn)在，我們知道如何使用arduino tone（）函數(shù)產(chǎn)生一些噪音。但是，我們?nèi)绾沃烂總€(gè)頻率將產(chǎn)生什么樣的音調(diào)？

Arduino給了我們一個(gè)音符表，將每個(gè)頻率等同于特定的音符類型。這個(gè)筆記表最初是由Brett Hagman編寫的， tone（） 命令是基于他的工作。我們將使用此便箋表來播放我們的主題。如果你是熟悉樂譜的人，你應(yīng)該能夠理解這個(gè)表，對(duì)于像我這樣的其他人來說，這些只是另一個(gè)代碼塊。

#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演奏像樣的旋律，我們應(yīng)該知道這些旋律的構(gòu)成。播放主題所需的三個(gè)主要因素是

1. 注釋值
2. 注釋持續(xù)時(shí)間
3. 速度

我們有 pitches.h 頭文件來播放任何音符值，現(xiàn)在我們應(yīng)該找出它的具體音符持續(xù)時(shí)間來播放它。節(jié)奏只不過是旋律應(yīng)該演奏多快。一旦你知道音符值和音符持續(xù)時(shí)間，你可以將它們與 tone（） 一起使用，比如

tone (pinName, Note Value, Note Duration);

對(duì)于本教程中播放的音調(diào)，我在“themes.h”頭文件中為您提供了音符值和音符持續(xù)時(shí)間，您可以使用它們?cè)陧?xiàng)目中播放它們。但是，如果您的礦井中有任何特定的音調(diào)，并且想在您的項(xiàng)目中播放它，請(qǐng)繼續(xù)閱讀......否則跳過這個(gè)話題，落到下一個(gè)話題。

要播放任何特定的音調(diào) ，您必須獲取該特定音樂的樂譜，并通過從中讀取音符值和音符持續(xù)時(shí)間將樂譜轉(zhuǎn)換為Arduino草圖。如果你是一個(gè)音樂專業(yè)的學(xué)生，這對(duì)你來說是小菜一碟，否則花一些時(shí)間像我一樣打破你的頭。但是在一天結(jié)束時(shí)，當(dāng)您的音調(diào)在壓電蜂鳴器上播放時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)您的努力值得.

獲得音符值和音符持續(xù)時(shí)間后，將它們加載到“themes.h”頭文件中的程序中，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#############//

上面的代碼塊顯示了電影《加勒比海盜》中“他是海盜”主題的音符值和音符持續(xù)時(shí)間。您可以像這樣添加主題。

原理圖和硬件：

這個(gè)Arduino音調(diào)發(fā)生器項(xiàng)目的示意圖如下圖所示：

連接非常簡單，我們有一個(gè)壓電揚(yáng)聲器，它通過 8K 電阻連接到引腳 1 和 Arduino 的接地.該 1k 電阻器是一個(gè)限流電阻器，用于將電流保持在安全限值內(nèi)。我們還有四個(gè)開關(guān)來選擇所需的旋律。開關(guān)的一端接地，另一端分別連接到引腳 2、3、4 和 5。開關(guān)將使用該軟件在內(nèi)部啟用上拉電阻。由于電路非常簡單，因此可以使用面包板進(jìn)行連接，如下所示：

Arduino 程序說明：

一旦你理解了這個(gè)概念，Arduino程序就非常簡單了。完整的代碼在本教程結(jié)束時(shí)給出。如果您不熟悉添加頭文件，可以從此處將代碼下載為ZIP文件，然后直接將其上傳到Arduino。

以上兩個(gè)是必須添加的頭文件。 “Pitches.h ”用于將每個(gè)音符等同于特定頻率， “themes.h” 包含所有四個(gè)音調(diào)的音符值和音符持續(xù)時(shí)間。

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

創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)來在需要時(shí)播放每個(gè)音調(diào)。在這里，當(dāng)函數(shù) Play_Pirates（） 被稱為“他是海盜”的音調(diào)將被播放。此功能由在引腳編號(hào) 8 處產(chǎn)生頻率的音調(diào)功能組成。noTone（8） 被調(diào)用以在音樂播放后停止音樂。如果要播放自己的音調(diào)，請(qǐng)將Pirates_note和Pirates_duration更改為保存在 “themes.h” 值中的新音符和持續(xù)時(shí)間值

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);
    }
}

引腳 2、3、4 和 5 用于選擇要播放的特定音調(diào)。默認(rèn)情況下，這些引腳使用內(nèi)部上拉電阻保持高電平，方法是使用上述代碼行。按下按鈕時(shí)，將其拉到地面。

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

下面的代碼塊用于在按下按鈕時(shí)播放歌曲。它讀取每個(gè)按鈕的數(shù)字值，當(dāng)它變低（零）時(shí)，它假設(shè)按鈕被按下并通過調(diào)用所需的函數(shù)播放相應(yīng)的音調(diào)。

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();  }

這個(gè)旋律播放器Arduino電路的工作：

代碼和硬件準(zhǔn)備就緒后，只需將程序刻錄到 Arduino 中，您只需按下按鈕即可播放音調(diào)。如果您有任何問題，請(qǐng)查看串行監(jiān)視器進(jìn)行調(diào)試或使用評(píng)論部分報(bào)告問題，我很樂意為您提供幫助。

#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();  }

}