引言

Arduino是一個基于開放原始代碼的Simple I/O平臺，由硬件(MCU及外圍電路)和軟件(編程接口和語言)兩部分組成。它基于單片機系統開發，具有使用簡單，功能多樣，價格低廉等優點，廣泛應用于電子系統設計和互動產品開發方面。目前市場所見電子音樂發聲器調節不便，價格較高，不能很好地實現和使用者的交互。本電子音樂發聲器的設計以ArduinoUNO板為控制核心，在相關樂理基礎知識上，充分利用Arduino編輯器自帶Tone擴展庫，以數組形式輸出各音符的指定頻率和節拍，送到無源蜂鳴器和彩色LED，實現了音樂播放和隨音樂節奏亮滅的LED效果。在操作方面，可以通過簡單修改數組數據(音高和節拍)實現電子音樂的DIY，在欣賞美妙音樂的同時，充分發揮使用者的創造性。

1 系統硬件設計

本發聲器以ArduinoUNO為控制核心，外部電路包括控制電路、蜂鳴器電路、LED顯示節奏電路，系統硬件電路圖如圖1所示。開關S1對整個電路起控制作用，當檢測到開關按下，即D3端口為高電平時，電路開始工作。預先組織好的音符數據(音高和節拍)通過數字端口D8發送到5V無源蜂鳴器J1，無源蜂鳴器接收到特定頻率的(即特定的音高)方波去驅動它，可以發出“Do Re Mi Fa Sol La Si”的音樂效果。各數據加上延時(即節拍數據)即可實現樂曲的播放。無源蜂鳴器的優點是聲音頻率可控，可以和LED復用一個控制口。所以，D8端口的數據同時加到LED1、LED2、LED3上時，其節奏性的亮滅實現了節拍的顯示。

2 軟件設計

2.1 樂曲播放原理

2.1.1 單音符的演奏原理

一首樂曲由若干音符組成。從物理的角度來說，每一個音符唯一對應一個發聲頻率。Arduino只要把這個頻率數據發送給蜂鳴器或喇叭，就會發出對應的音符。Arduino IDE自帶的頭文件“pitches.h”中以宏定義的形式給出了各個音符和頻率的對應關系表。例如“#define NOTE_C4 262”語句給出了鋼琴標準鍵盤小字一組C4(唱名為Do)按鍵對應的頻率是262Hz。因此，只要能夠識別給定的樂譜，就能得到一組對應該樂曲的頻率數據，即制作出其數組形式的韻律函數。