Arduino入门教程16--音乐蜂鸣器「DFR0100」

在之前的课程中，我们学会了如何控制蜂鸣器发出不同的声音。那么，我们是否可以通过调整声音的频率和节拍，来组合出一段完整的旋律呢？在这个项目中，我们将使用蜂鸣器演奏音乐，并学习如何创建头文件（.h文件），以导入别人已经编写好的“曲谱”。

在使用Arduino IDE编程时，每创建一个项目文件被称为一个“Sketch”。一个Sketch中可以包含多个代码文件。为了避免程序代码过长且不易阅读，可以在主文件中编写程序的主要逻辑部分，而将程序的独立功能模块存放在其他文件中，以便于管理和维护。这种做法不仅提高了代码的可读性，还便于功能的复用和扩展。

元件清单

硬件连接

按如下连线图连接，注意蜂鸣器引脚正（+），负（-）。标有+的引脚接到数字口8，另一个接GND。蜂鸣器的正负极通过盖子上的+符号查看。

图 1 音乐蜂鸣器连线图

示例代码样例代码 - Main Sketch：

//项目 - 音乐蜂鸣器
#include "pitches.h"  // 包含一个头文件  

int melody[] = {  
  NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4  
};  // 旋律中的音符序列  
  
int noteTypes[] = {  
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4  
};  // 每个音符的类型：4 = 四分音符，8 = 八分音符  
  
void setup() {  
  
  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {  
int noteDuration = 1000 / noteTypes[thisNote];  
// 计算音符的持续时间：1秒 / 音符类型  
tone(8, melody[thisNote], noteDuration);  
// 在引脚8上播放音符  
int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;  
// 根据音符持续时间计算暂停时间，使旋律听起来更自然  
    delay(pauseBetweenNotes);  // 音符之间的暂停  
    noTone(8);  // 停止在引脚8上播放的音调  
  }  
}  
  
void loop() {  
  // 不需要重复播放旋律  
}
复制代码

要创建一个新的头文件，点击串口监视器下方的按钮，选择新建标签页，输入文件名pitches.h

Pitches.h：

#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
复制代码

代码回顾

在这个项目中，我们新建了pitches.h文件，并复制了一段代码。从项目【温度报警器】中我们了解到，不同的频率会产生不同的音调。而我们复制的这段代码是最初由 Brett Hagman 编写的音符表，包含了所有典型音符所对应的频率。比如，NOTE_C4 是中央C音，对应的频率是262。有了这张音符表，我们就可以通过输入音符的名称来编写旋律了。

在Main Sketch中使用了#include语法来导入了新建的文件或外部库，将不同的文件关联起来。

在程序中，我们首先创建了两个数组来按顺序储存音调与节奏。

int melody[] = {
  NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4
}; 
int noteTypes[] = {
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
};
复制代码

上面这个数组noteTypes[] 定义了每个音符的持续时间。这里使用的是一种简化的表示方法，其中数字代表音符的“类型”，而不是确切的毫秒数。例如，4代表四分音符，8代表八分音符。实际的持续时间将在setup()函数中计算得出。
数组是一个变量的集合，可以通过索引号来找到数组中的元素。可以看出我们创建的数组中分别有8个元素。数组是从0开始索引的，因此数组中的8个元素的索引号是0~7。
在本程序中旋律只会播放一次，因此我们在setup里编写播放音符的程序。
通过一个for循环，来遍历数组中的每一个元素，通过变量thisNote表示目前的元素索引号。

  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {  
int noteDuration = 1000 / noteTypes[thisNote];  
// 计算音符的持续时间：1秒 / 音符类型  
tone(8, melody[thisNote], noteDuration);  
// 在引脚8上播放音符  
int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;  
// 根据音符持续时间计算暂停时间，使旋律听起来更自然  
  
    delay(pauseBetweenNotes);  // 音符之间的暂停  
    noTone(8);  // 停止在引脚8上播放的音调  
  }  
复制代码

在循环中，首先计算了音符的持续时间。在音乐的定义中，四分音符占一个小节的1/4，因此可以通过小节时间（这里设置的是1秒）除以4来计算每个音符的持续时间。
然后使用tone()函数设置引脚，frequency和duration，来播放音符。
每个音符中间需要有一定的间隔才能够让我们方便区分，因此需要在音符之间设置延迟。间隔时间根据音符持续时间调整会让旋律更加流畅，用noteDuration * 1.30会得到不错的效果，你也可以试试设置delay(200) 的固定时间，来看看效果会有什么不一样。
在音符播放完，使用noTone让声音停止。

硬件回顾
Arduino开发板通常都配备了一个复位键（Reset Button），这个按键在多个方面都非常有用，特别是在编程、调试和重新启动Arduino时。复位键的主要功能是使Arduino板上的微控制器（如ATmega系列）重置其状态，类似于计算机上的重启操作，但针对的是微控制器本身。
Arduino UNO的复位键通常位于开发板的左上角（如图2），靠近USB接口或其他I/O接口。它是一个小按钮，旁边标有“RESET”字样。同样，你也可以使用扩展板上的复位按键来重启Arduino里面的程序。

图 2 Arduino UNO 复位键位置

图 3 扩展板复位键位置

示例代码

16课时示例代码.rar

课后练习
你有没有熟悉的旋律想要通过蜂鸣器来播放呢？比如小星星或者玛丽有只小羊羔？来试试改变数组中的音符和节奏吧。别忘了改变for循环中的数量哦。

下一课：Arduino入门教程17--DJ调音台