基于Arduino的迷你电子琴
前言
一直以来都没有系统地学过微控制器,使用 Arduino 时,也是通过现成的制作和代码进行修改,东一榔头西一锤,很多基础的东西并不了解。
前段时间,搜索 matlab 的教程时,知道了台大生机系的郭彦甫老师,在浏览他的油管主页时,发现他居然有微控制器原理的公开课,于是这段时间,主要在学习郭彦甫老师的公开课。
郭彦甫老师讲的很详细,一共12个课时,前面4个课时讲解了 Arduino,后面8个课时详细介绍了 AVR。我将 PPT 和教学视频上传在了百度网盘,感兴趣的可以看看。
链接:https://pan.baidu.com/s/1RL_7yp0w60n_F8EDvSkEcA
提取码:hp0e
每节课都有课后作业,本文介绍的电子琴,即是第一课时的作业,电子琴的接线和代码并不复杂,为了让作业看上去更像一个电子琴,花了很多功夫折腾外壳和琴键。
制作过程
材料清单
- Arduino Nano 板子(1个)
- 立式轻触开关 (7个,点动部分高5 mm)
- 220欧姆电阻(7个)
- 压电蜂鸣器或其他扬声器(1个,使用的40 mm直径的扬声器)
- 面包板(长163 mm)
- 跳接线
- 3D 打印件(1个底座,1个扬声器口,7个琴键)
- 直径2.8 mm铁丝(长12 mm)
接线
如下图所示,立式轻触开关未接通时,开关左右两侧分别导通,引脚D2-D8经电阻与板子GND接地引脚连接,电压为0(低电势)。点击开关后,开关四个引脚均导通,引脚D2-D8与5V供电引脚相连,电压为5V(高电势)。
实物接线图如下所示
如下图所示,底座、琴键和扬声器口均为3D打印件,在底座中接好电路后,用铁丝串上琴键,再装上扬声器口就可以了,建模的尺寸只适用于材料清单中罗列的材料。
STL文件下载链接:https://pan.baidu.com/s/10JdP8ZLpoX9stb0flJAtbQ
提取码:mdi3
代码介绍
用 Arduino 控制压电蜂鸣器或其他扬声器播放音调,需要使用tone()
函数,顾名思义,tone
即是音调的意思。
tone()
函数可以在指定引脚上产生指定频率(和50%占空比)的方波。可以指定持续时间,否则波形将持续播放,直到调用noTone()
停止。
tone()
函数具体有两种使用方式
tone(pin, frequency)
tone(pin, frequency, duration)
pin
: 用于生成音调的 Arduino 引脚
frequency
: 以赫兹为单位的音调频率
duration
: 音符持续时间,如果全音符的时值是1 s,可以用(1000/几分音符)来计算时值,例如四分音符持续时间就是1000/4 = 250 ms 。
想要演奏音乐,就需要多个音符。一个音符即是一个特定频率的波形。波形的不同频率造就了每个音符的独特声音。音调波形是正弦波,声音平滑清晰。也就是说只要知道C大调各个音的频率,就可以用C大调演奏简单的电子音乐。
正如上面所说tone()
函数可以在指定引脚上产生指定频率(和50%占空比)的方波。方波比正弦波容易实现,但是声音不如正弦波好。
音符 | 频率 |
---|---|
C4 - do | 261.6 HZ |
D4 - re | 293.6 HZ |
E4 - mi | 329.6 HZ |
F4 - fa | 349.2 HZ |
G4 - sol | 392 HZ |
A4 - la | 440 HZ |
B4 - si | 493.8 HZ |
#define T_C 262
#define T_D 294
#define T_E 330
#define T_F 349
#define T_G 392
#define T_A 440
#define T_B 493 //指定频率const int C = 2;
const int D = 3;
const int E = 4;
const int F = 5;
const int G = 6;
const int A = 7;
const int B = 8; //指定输入引脚
const int Buzz = 11;void setup() {pinMode(Buzz, OUTPUT);pinMode(C, INPUT);pinMode(D, INPUT); pinMode(E, INPUT); pinMode(F, INPUT); pinMode(G, INPUT); pinMode(A, INPUT);pinMode(B, INPUT);
}void loop() {while(digitalRead(C) == HIGH) {tone(Buzz,T_C);}while(digitalRead(D) == HIGH) {tone(Buzz,T_D);}while(digitalRead(E) == HIGH) {tone(Buzz,T_E);}while(digitalRead(F) == HIGH) {tone(Buzz,T_F);}while(digitalRead(G) == HIGH) {tone(Buzz,T_G);}while(digitalRead(A) == HIGH) {tone(Buzz,T_A);}while(digitalRead(B) == HIGH) {tone(Buzz,T_B);}noTone(Buzz);
}
如果想要自动播放一段歌曲,需要将所有音符和音符时值用数列表示出来,以下即是循环播放小星星的代码。
需要配合标签pitches.h
使用。
#include "pitches.h"int melody[] = { NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, 0,NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4, 0,NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, 0,NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, 0,NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, 0,NOTE_F4, NOTE_F4, NOTE_E4, NOTE_E4, NOTE_D4, NOTE_D4, NOTE_C4, 0 }; int noteDurations[] = { 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2 }; //~分音符const int Buzz = 11;void setup() {pinMode(Buzz, OUTPUT);
}void loop() {for (int thisNote = 0; thisNote < 48; thisNote++) { //48为小星星音符数int noteDuration = 1000/noteDurations[thisNote]; //计算音符时值tone(Buzz, melody[thisNote],noteDuration); //依次播放数列中的音符int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30; delay(pauseBetweenNotes); noTone(Buzz); }
}
标签pitches.h
如下,定义了常用音符的频率。
#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
感谢观看,发现错误,欢迎指出,谢谢大家。
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