Arduino：用 Arduino 播放“生日快乐”

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Arduino 播放音乐的原理

需要用到的材料：adruino uno一块（其他Arduino板子也可，注意引脚就行），面保线若干条，蜂鸣器或小喇叭一个。

首先讲下简单的乐理知识，知道音乐是怎么演奏出来的自然就可以通过代码来进行编排了。

1.演奏单音符

一首乐曲有若干音符组成，一个音符对应一个频率。我们知道到相对应的频率让 Arduino 输出到蜂鸣器，蜂鸣器就会发出相应频率下的声音。Arduino官方网站给出了不同音符对应的不同频率的头文件，具体请见下文介绍。

2.音符的演奏时间

每个音符都会播放一定的时间，这样才能构成一首优美的曲子，而不是每个音符都播放一样长的时间。如何确定每个音符演奏的单位时间呢？我们知道，音符节奏分为1拍、1/2拍、1/4拍、1/8拍，我们规定一拍音符的时间为1；半拍为0.5；1/4拍为0.25；1/8拍为0.125……，所以我们可以为每个音符赋予这样的拍子播放出来，音乐就成了。Arduino已经给出了像样的程序，即 Arduino 的 Tone 库。

我们用它可以帮助我们快速制作音乐。

这是ArduinoTone函数的官方介绍地址：http://arduino.cc/en/Tutorial/Tone，使用函数为Tone()：http://arduino.cc/en/Reference/Tone

如果要查看Tone的完整维护记录和使用说明请访问：http://code.google.com/p/rogue-code/wiki/ToneLibraryDocumentation

制作方法

所需硬件：Arduino板子一块，小型扬声器一个，导线两根。如果扬声器声音太大，也可适当配置220欧姆电阻一个与扬声器串联。

首先看看官方的例子。

该例子里，我们将扬声器一端串联电阻后接到数字8（D8）接口，另一端接地（GND）。接线原理图如下：

接好线之后，将以下代码粘贴到Arduino IDE中。代码如下：

/*
  Melody

 Plays a melody 

 circuit:
 * 8-ohm speaker on digital pin 8

 created 21 Jan 2010
 modified 30 Aug 2011
 by Tom Igoe 

This example code is in the public domain.

 http://arduino.cc/en/Tutorial/Tone

 */
 #include "pitches.h"

// notes in the melody:
int melody[] = {
  NOTE_C4, NOTE_G3,NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3,0, NOTE_B3, NOTE_C4};

// note durations: 4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.:
int noteDurations[] = {
  4, 8, 8, 4,4,4,4,4 };

void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {

    // to calculate the note duration, take one second 
    // divided by the note type.
    //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc.
    int noteDuration = 1000/noteDurations[thisNote];
    tone(8, melody[thisNote],noteDuration);

    // to distinguish the notes, set a minimum time between them.
    // the note's duration + 30% seems to work well:
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
    delay(pauseBetweenNotes);
    // stop the tone playing:
    noTone(8);
  }
}

void loop() {
  // no need to repeat the melody.
}

该程序中使用了这两个函数：

tone(pin, frequency)

tone(pin, frequency, duration)

函数的参数说明：

pin: 你要接扬声器的接口，是整数（int 型）

frequency:频率，是一个整数（int 型）

duration: 音符持续的时间，是毫秒值，无符号长整型（ unsigned long 型）

无返回值

我们还注意到上面代码中调用了头文件“pitches.h”。这个文件是什么呢？这个头文件正式上面提到的不同音符对应的不同频率的头文件。该pitches.h文件内容如下：

/*************************************************
 * Public Constants
 *************************************************/

#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

可以看到，这是一张类似表格的东西，里面是定义的大量的宏，即用宏名代替了频率名，对应到键盘的各个按键上。可是，不懂音乐的我们如何能够取出我们所要的音符对应的宏名呢？

首先看看钢琴大谱表与钢琴琴键的对照表：

从上图我们可以将各音符的音名直观的看出来，但是，我又只会简谱，如何看呢？为了方便我自己，也希望能方便大家，我将其制作为了直观的表格，见下图：（如需要Excel格式文件的请留言联系我）

上图辛苦的制作过程：

对照上面的表格，我们就能制作自己的音乐了。

自己的作品——播放生日快乐歌

最近老婆要过生日，我打算用Arduino为她做一首生日快乐送给她。（发布这篇文章的时候生日已经过了，不想早发布是怕她看见了，惊喜就没那么大了，嘿嘿！）

首先找到生日快乐的简谱：

可以看到其节拍是3/4，但是我按照其节拍做下来之后觉得唱的太慢了，就没按照它的来。（灵活处理嘛）

再对照上表，制作其旋律函数为：

int melody[] = {
NOTE_G4,//5  
NOTE_G4,//5
NOTE_A4,//6
NOTE_G4,//5
NOTE_C5,//1.
NOTE_B4,//7
0,
NOTE_G4,//5
NOTE_G4,//5
NOTE_A4,//6
NOTE_G4,//5
NOTE_D5,//2.
NOTE_C5,//1.
0,
NOTE_G4,//5
NOTE_G4,//5
NOTE_G5,//5.
NOTE_E5,//3.
NOTE_C5,//1.
NOTE_B4,//7
NOTE_A4,//6
0,
NOTE_F5,//4.
NOTE_F5,//4.
NOTE_E5,//3.
NOTE_C5,//1.
NOTE_D5,//2.
NOTE_C5,//1.
0,
};

持续时间函数为：（注意休止符也需要时间的）

int noteDurations[] = {
  8,8,4,4,4,4,
  4,
  8,8,4,4,4,4,
  4,
  8,8,4,4,4,4,2,
  8,
  8,8,4,4,4,2,
  4,
};

可以直接把上面的两个函数覆盖官方的例子，写入Arduino就行了，可以灵活的修改修改接口。不过，为了更好看起见，我添加了3个彩色自闪LED灯，一闪一闪的很好看，我想老婆会更喜欢的。所以，稍微添加了几行代码：

/*
Happy Birthday Tone for Daner.
Made by TAHO on 6th,Nov. 2013
taholab.com
tahoroom@163.com
version 1.0
 */
#include "pitches.h"

/*将D8口用作输出*/
#define AUDIO_PIN 8

void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  pinMode(9,OUTPUT);//for light
  pinMode(10,OUTPUT);//for light
  pinMode(11,OUTPUT);//for light
}

void loop() {
  // no need to repeat the melody.
  ColorLight();//Turn on the lights
  play();//Play the music.
  delay(300);//Pause for a while.
}

// notes in the melody:
int melody[] = {
NOTE_G4,//5  
NOTE_G4,//5
NOTE_A4,//6
NOTE_G4,//5
NOTE_C5,//1.
NOTE_B4,//7
0,
NOTE_G4,//5
NOTE_G4,//5
NOTE_A4,//6
NOTE_G4,//5
NOTE_D5,//2.
NOTE_C5,//1.
0,
NOTE_G4,//5
NOTE_G4,//5
NOTE_G5,//5.
NOTE_E5,//3.
NOTE_C5,//1.
NOTE_B4,//7
NOTE_A4,//6
0,
NOTE_F5,//4.
NOTE_F5,//4.
NOTE_E5,//3.
NOTE_C5,//1.
NOTE_D5,//2.
NOTE_C5,//1.
0,
};

int noteDurations[] = {
  8,8,4,4,4,4,
  4,
  8,8,4,4,4,4,
  4,
  8,8,4,4,4,4,2,
  8,
  8,8,4,4,4,2,
  4,
};

void play()
{
    for (int thisNote = 0; thisNote < 29; thisNote++) {

    // to calculate the note duration, take one second 
    // divided by the note type.
    //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc.
    int noteDuration = 1000/noteDurations[thisNote];
    tone(AUDIO_PIN, melody[thisNote],noteDuration);

    // to distinguish the notes, set a minimum time between them.
    // the note's duration + 30% seems to work well:
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
    delay(pauseBetweenNotes);
    // stop the tone playing:
    noTone(8);
  }
}

void ColorLight()
{
  digitalWrite(9, HIGH);
  digitalWrite(10, HIGH);
  digitalWrite(11, HIGH);
}

pitches.h 文件就不用再修改了。

成品出来了！看图！（为了她好拿，我用了拓展盾板，底下再粘上了一块 9V 电池，其实很简单的。本打算做个最小电路给她，由于一些原因没有及时买到晶振材料，因此作罢。）

看视频！

更多图：

老婆好高兴，她非常满意！拿去给朋友炫耀了，哈哈！

12 条评论

感谢楼主，我也想用tone函数让arduino唱歌，楼主的文章很给力，请问可否共享excel文件？谢谢！
jxndlym@foxmail.com
预祝楼主新年快乐。

星进

2016年1月26日


回复
1. 谢谢，也祝你新年快乐！Excel文件已经发送到你的邮箱，希望能帮到你。
  
  TAHO
  
  2016年1月27日
  
  
  回复
您好~可以共享一下您的Excel对照表吗？

www@stu.xmu.edu.cn，万分感谢！

www

2015年12月14日


回复
1. 不用客气，已经发送，请查收。
  
  taho
  
  2015年12月23日
  
  
  回复
有这样的老公真幸福，羡慕中。。。。

Windy

2015年2月4日


回复
1. 嘿嘿，谢谢夸奖！！
  
  TAHO
  
  2015年2月5日
  
  
  回复
这个的程序的作者,请问可以留下邮件吗?
我是新手希望你可以教我下这个程序的一些疑问。谢谢

kalock

2014年2月2日


回复
1. 我的邮箱是tahoroom@163.com，我也在学习，欢迎交流！
  
  taho
  
  2014年2月8日
  
  
  回复
不错，兄弟

Magnum

2014年1月22日


回复
1. 多谢支持！
  
  taho
  
  2014年2月8日
  
  
  回复
老公，我很喜欢，你太棒了

丹儿

2013年11月12日


回复
1. 哈哈哈哈！老婆喜欢就好，做的一般般啦~~
  
  taho
  
  2013年11月12日
  
  
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