Arduino案例实操 -- 蜂鸣器演奏歌曲（圣诞歌 Jingle Bells）

你们也知道，圣诞节就快到了，让arduino完成一个比较应景的案例也会让节日过得更有意思。
arduino可以做的放歌案例除了用语音模块外，比较简单成本最低的就是利用蜂鸣器了，只要控制好频率和节拍，蜂鸣器也可以演奏音乐的，但你要准备的东西也会复杂一点。

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一、圣诞歌简谱

简谱不理解是什么？？！！
很简单，你小学时候的音乐课本上面的谱子就是了，下面这张是Jingle Bells的简谱，歌词是中文版不用太认真，调子是一样的。
在这里插入图片描述

简谱上除了中文，其他的应该都看不懂了吧

敲黑板，这个地方要好好理解一下，后面要用到！！！

音符节奏分为一拍、半拍、1/4拍、1/8拍，我们规定一拍音符的时间为1，那么半拍为0.5，1/4拍为0.25；1/8拍为0.125……，为每个音符赋予这样的拍子播放出来，音乐的整个基调就出来了。
确定简谱的调，在简谱歌名左下角（即整个简谱的左上角）处，有个 1 = F 4/4 ，这里的 F 表示这个曲子是 F 调的，下面会讲到，而 4/4 表示曲子是四四拍的
音符（简谱中文字上面对应的每个数字）类型说明，举个栗子，Jingle Bells简谱第一小段音符 5 3 2 1 5 0 5 5
1）这里面5、3、2、1可以看到数字下面都带着下划线，这表示每个音符对应的节拍为0.5拍，即音符5为0.5拍，音符3为0.5拍，音符2和音符1也是0.5拍，0也是0.5拍，仔细看最后两个音符，两个5下面都是2条下划线，这表示0.25拍，这样就好理解了，每个音符都看成1拍，每带一条下划线就当前拍数除以2，这样一条下划线是1/2=0.5拍，两条下划线是1/2/2=0.25拍，ok吧；然后把这一小段音符 5 3 2 1 5 0 5 5的节拍数加起来是0.5+0.5+0.5+0.5+1+0.5+0.25+0.25 = 4拍，这样就跟简谱标的四四拍是吻合的了，也说明你这一小段的节拍数没算错，记住Jingle Bells简谱中每一小段都是4拍（这段话对照着简谱去理解）
2）聪明的你可能还发现有些音符还带有小点点，当音符不带点时，表示中音，例如第一小段中的音符3，表示中音音符3；当音符下面带小点时，表示低音，例如第一小段中的音符5，表示低音音符5；同样的，当音符上面带小点时，表示高音音符，这在Jingle Bells简谱中没有出现高音
3）音符后边带小数点的话，表示该音符节拍+0.5拍(音符带下划线的话，在计算完下划线节拍的基础上+0.5拍)；音符后边带 - 的，音符+1拍(计算完下划线节拍的基础上+1拍)
4）有的两个连续的音符上面带弧线，表示连音，可以稍微改下连音后面那个音的频率，比如减少或增加一些数值（需自己调试），这样表现会更流畅，其实不做处理，影响也不大

二、音符频率对照表

简单了解简谱后，该怎么把音符转换成蜂鸣器对应频率呢，看看音符频率表
低音

音符→ 音调↓	1_#	2_#	3_#	4_#	5_#	6_#	7_#
A	221	248	278	294	330	371	416
B	248	278	294	330	371	416	467
C	131	147	165	175	196	221	248
D	147	165	175	196	221	248	278
E	165	175	196	221	248	278	312
F	175	196	221	234	262	294	330
G	196	221	234	262	294	330	371

中音

音符→ 音调↓	1	2	3	4	5	6	7
A	441	495	556	589	661	742	833
B	495	556	624	661	742	833	935
C	262	294	330	350	393	441	495
D	294	330	350	393	441	495	556
E	330	350	393	441	495	556	624
F	350	393	441	495	556	624	661
G	393	441	495	556	624	661	742

高音

音符→ 音调↓	1^#	2^#	3^#	4^#	5^#	6^#	7^#
A	882	990	1112	1178	1322	1484	1665
B	990	1112	1178	1322	1484	1665	1869
C	525	589	661	700	786	882	990
D	589	661	700	786	882	990	1112
E	661	700	786	882	990	1112	1284
F	700	786	882	935	1049	1178	1322
G	786	882	990	1049	1178	1322	1484

如上的频率表适用于arduino的各种蜂鸣器曲目，由于案例中Jingle Bells是F调的，所以在表中我把F调对应的音符都标红了，可以看到表格中第一列是曲目音调，每首曲子基本都是一个调的，第一行是每个调对应的音符频率1 到 7，也就是简谱中我们看到的那些数字，最后是以高音、中音、低音把频率分成了3个表，看懂了就可以开始编程了

三、案例编程

看明白简谱和频率表就开始写程序啦，首先宏定义曲目要用到的音符频率

//中音NTF 0为空拍
#define NTF0 -1
#define NTF1 350
#define NTF2 393	
#define NTF3 441
#define NTF4 495
#define NTF5 556
#define NTF6 624
#define NTF7 661

//高音NTFH
#define NTFH1 700
#define NTFH2 786
#define NTFH3 882
#define NTFH4 935
#define NTFH5 965
#define NTFH6 996
#define NTFH7 1023

//低音NTFL
#define NTFL1 175
#define NTFL2 196
#define NTFL3 221
#define NTFL4 234
#define NTFL5 262
#define NTFL6 294
#define NTFL7 330

按照Jingle Bells简谱定义音符数组

//音符频率数组 
int tune[]=
{
    
    
	NTF3,NTF3,NTF3,NTF3,NTF3,NTF3,
	NTF3,NTF5,NTF1,NTF2,NTF3,NTF0,
	NTF4,NTF4,NTF4,NTF4,NTF4,NTF3,NTF3,NTF3,NTF3,
	NTF5,NTF5,NTF4,NTF2,NTF1,NTF0,

	NTFL5,NTF3,NTF2,NTF1,NTFL5,NTF0,NTFL5,NTFL5,
	NTFL5,NTF3,NTF2,NTF1,NTFL6,NTF0,
	NTFL6,NTF4,NTF3,NTF2,NTFL7,NTF0,
	NTF5,NTF5,NTF4,NTF2,NTF3,NTF1,NTF0,

	NTFL5,NTF3,NTF2,NTF1,NTFL5,NTF0,
	NTFL5,NTF3,NTF2,NTF1,NTFL6,NTF0,NTFL6,
	NTFL6,NTF4,NTF3,NTF2,NTF5,NTF5,NTF5,NTF5,
	NTF6,NTF5,NTF4,NTF2,NTF1,NTF0
};

按简谱定义音符节拍数组

//音符节拍数组
float durt[]=
{
    
    
	0.5,0.5,1,0.5,0.5,1,
	0.5,0.5,0.75,0.25,1.5,0.5,
	0.5,0.5,1,0.5,0.5,0.5,0.5,0.25,0.25,
	0.5,0.5,0.5,0.5,1.5,0.5,

	0.5,0.5,0.5,0.5,1,0.5,0.25,0.25,
	0.5,0.5,0.5,0.5,1,1,
	0.5,0.5,0.5,0.5,1,1,
	0.5,0.5,0.5,0.5,1,0.75,0.25,

	0.5,0.5,0.5,0.5,1,1,
	0.5,0.5,0.5,0.5,1,0.5,0.5,
	0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,
	0.5,0.5,0.5,0.5,0.75,0.25
};

接着是主题函数部分

//定义蜂鸣器引脚，音符长度变量
int buzzer_pin = 9;
int length;

//setup函数，初始化引脚，计算长度
void setup()
{
    
    
	pinMode(buzzer_pin, OUTPUT);
	length = sizeof(tune)/sizeof(tune[0]);
}

//loop函数
void loop()
{
    
    
	//for循环演奏曲子
	for(int x=0;x<length;x++)
	{
    
    
		tone(buzzer_pin, tune[x]);
		delay(500*durt[x]);					//这里的500为控制每个音符的时长来定曲子的节奏
		noTone(buzzer_pin);
	}
	delay(500);								//开始下一轮循环的时间间隔
}

程序对于蜂鸣器单独演奏曲子来说简短有效，对于在曲子演奏中间要一边做点其他事情，可能就有些些麻烦了

四、案例扩展

圣诞节案例肯定不能少了圣诞树不是嘛，这种圣诞树小装饰在某宝上十几二十块就能买到带带灯的，我手头就搞了一个出来，店家给的蚊帐布一样的原材料要自己动手，也是花了不少时间搞，主要是灯带的固定很是头疼，下面看一下效果图，还是可以接受的
在这里插入图片描述
商家随机给的颜色布料，粉色的，老夫也是无奈，还有圈上彩灯后的效果，还怪不错的咧

是吧，节日一摆上那是很有气氛了，还给了些圣诞鞋小挂饰什么的，没给弄上去，两节5号电池供电，常亮状态，为了能达到彩灯控制效果，我把线剪了接到arduino控制的继电器上面，通过继电器控灯，程序也写了，以最原始的方式，另外加了OLED屏幕的节日祝福显示，具体代码如下

#include <U8glib.h>
 
//引脚定义
int buzzer_0 = 5;
int relay_0 = 12;
U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g_0(U8G_I2C_OPT_NONE);

//setup函数
void setup() {
    
    
    pinMode(buzzer_0, OUTPUT);
    pinMode(relay_0, OUTPUT);

	//OLED屏幕显示 Merry Christmas
    u8g_0.firstPage();
    do {
    
    
        u8g_0.setFont(u8g_font_9x18);
        u8g_0.drawStr(5, 30, "Merry");
        u8g_0.drawStr(40, 55, "Christmas");
    } while (u8g_0.nextPage());
}

//loop函数
void loop() {
    
    
    tone(buzzer_0, 441, 0);		// T1-1
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(480);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, HIGH);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(230);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, LOW); 
    tone(buzzer_0, 441, 0);			// T1-2
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 556, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 350, 0);
    delay(0);
    delay(355);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, HIGH);
    tone(buzzer_0, 393, 0);
    delay(0);
    delay(125);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(750);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, -1, 0);
    delay(0);
    delay(230);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, LOW); 
    tone(buzzer_0, 495, 0);			// T1-3
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 495, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 495, 0);
    delay(0);
    delay(500);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 495, 0);
    delay(0);
    delay(230);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, HIGH);
    tone(buzzer_0, 495, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(125);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 441, 0);
    delay(0);
    delay(105);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, LOW); 
    tone(buzzer_0, 556, 0);			// T1-4
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 556, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 495, 0);
    delay(0);
    delay(230);
    noTone(buzzer_0);
    digitalWrite(relay_0, HIGH);
    tone(buzzer_0, 393, 0);
    delay(0);
    delay(250);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, 350, 0);
    delay(0);
    delay(750);
    noTone(buzzer_0);
    tone(buzzer_0, -1, 0);
    delay(0);
    delay(230);
    noTone(buzzer_0);
	...						//此处省略200+行重复代码
	delay(1500);			//循环演奏的时间间隔
}

上述代码只取了完整曲子的1/3段，因为每个音符都是以tone函数，delay函数，noTone函数的形式在循环，4个小段加起来30个音符左右，还有OLED显示和继电器控制的程序前前后后140行代码左右，全曲82个音符总370行代码，也是敲得心累，上面把后边200+行的重复函数代码省略了，只是频率跟延时不同。

案例扩展实现了简介控制圣诞树灯光闪烁，其实个人觉得接PWM引脚做成呼吸灯效果会更棒，也不用听继电器在滴答滴答叫，这个就看你们个人的idea了，分享到这，下回见~