2.3　编程播放歌曲《我和我的祖国》

Arduino Uno开发板能让LED灯一闪一闪的，能不能让小喇叭唱歌呢？如何让小喇叭播放歌曲呢？如果你感兴趣，可以从网上找一首自己喜爱的歌曲简谱，尝试编写一段播放歌曲的程序。

2.3.1　实验描述

（1）让喇叭发出频率为1000Hz的声音，可持续200ms，停止发声1800ms，如此循环。

（2）让喇叭播放歌曲《我和我的祖国》。

AU03的电路原理图、电路板图和实物图如图2.5所示。

2.3.2　知识要点

编程播放歌曲，就是通过编写程序的方式让小喇叭播放歌曲。编程播放歌曲对于普通人而言，能起到娱乐、愉悦的作用；对于喜欢音乐的人而言，则有助于他们准确把握每个音符的音高（音的振动频率高低）与音值（音的持续时间长短）。

歌曲《我和我的祖国》的简谱如图2.6所示。

“1=G（52）”表示G调，就是把乐器上音高为G的音唱成1（do），二胡用52弦拉。有的简谱前标“1=C”表示以C音为1（do），而“1=D”表示以D音为1（do），将“1=C”换成“1=D”后，乐曲整体音调变高。现在的标准调音音高A4的频率为440Hz，往上高八度的A5的频率为880Hz，往下低八度的A3的频率为220Hz，如表2.1所示。

“”是一种复拍子，表示以附点四分音符为一拍，每小节两拍。歌曲中把由3个八分音符组成的三连音当一拍，3个音符下画一条横线，就是3个音符共唱一拍。

“=60”表示该歌曲的速度为60拍/分钟，一拍时间为1s。歌曲中一小节两拍，因此一小节的演唱时间为2s，16小节的演唱时间为32s。

音符是乐谱中表示音高或音值的符号。五线谱中用空心或实心的小椭圆形和特定的附加符号表示音符，简谱中用7个阿拉伯数字（1、2、3、4、5、6、7）和特定的附加符号表示音符。

音调是听觉能分辨的声音的高低程度，是个主观量。纯音音调的高低主要由声音的频率来决定，频率越高，人感受到的音调也越高。音调也和声音的强度有关，一般2000Hz以下的低频纯音的音调随强度的增加而下降，3000Hz以上的高频纯音的音调随强度的增加而上升。音调还和声音持续的时间长短有关，非常短促（ms量级或更短）的纯音，只能听到像打击或弹指一样的响声，感觉不出音调。持续时间从10ms增加到50ms，能感觉到音调由低而高的连续变化；超过50ms，音调就稳定不变了。乐音的音调更复杂，主要由基音的频率决定。

音高是音的高度，是乐音在音阶上的绝对高度，如C音、D音，与声音的振动频率有关。音名是乐器各音级的标注名称，包括C、D、E、F、G、A、B，与简谱中的1、2、3、4、5、6、7相对应。

唱名是唱歌时发出的音，即do、re、mi、fa、so、la、si。在首调唱名法中，do的位置和高度可以移动和变化，但各个调式音级却有着固定不变的唱名和全半音关系。

音值又称音符值、音符时值，用于描述各音符的相对持续时间，常见的有全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符等，如表2.2所示。

歌曲《我和我的祖国》的简谱中，中音5、中音6、中音5、中音4、中音3、中音2的音值为0.5拍，中音1和低音5的音值为1.5拍，中音1、中音3、高音1、中音7的音值为0.5拍，中音6的音值为0.75拍，中音3的音值为0.25拍，中音5的音值为1.5拍，中音5的音值为1.5拍。因此简谱前4小节，音符的音值依次为0.5、0.5、0.5、0.5、0.5、0.5、1.5、1.5、0.5、0.5、0.5、0.5、0.75、0.25、1.5、1.5。

2.3.3　编程要点

1.语句tone（13，1000）；与noTone（13）；

语句tone（13，1000）；表示使数字端口13产生1000Hz的电信号。

语句tone（13，tune[x]）；表示使数字端口13产生tune[x]音符的电信号。比如：x=0，tune[0]=Z5=587，数字端口13产生587Hz的电信号，即中音5的电信号。再比如：x=1，tune[1]=Z6=659，数字端口13产生659Hz的电信号，即中音6的电信号。

语句tone（13，X0）；//如X0=-1，即tone（13，-1），表示数字端口13停止产生电信号。

语句noTone（13）；表示使数字端口13停止产生电信号。

2.语句#define X0 -1与#define D1 196

语句#define X0 -1用来定义休止符频率。

语句#define D1 196表示变量D1=196，这是G调低音1的振动频率。

语法：

在Arduino中，定义的常量不占用芯片上的程序内存空间，在编译时编译器事先将常量名替换成常量值。注：define前必须有#，常量名与常量值之间不能用等号，只能用空格，常量值后不能有分号，否则编译时将出现错误。

3.语句int tune[]={}

该语句用来定义整型变量数组tune，排列各音符的音高。歌曲《我和我的祖国》的简谱的前6个音符是中音5、6、5、4、3、2，因此排列的音调是Z5、Z6、Z5、Z4、Z3、Z2。

int是有符号整数数据类型，占用2字节的内存，取值范围为-32768～32767，即-215～215-1，当变量数值过大而超过整数类型所能表示的范围时（-32768～32767），变量值会“回滚”，即32767之后为-32768，然后是-32767……

unsigned int是无符号整型数据类型，占用4字节的内存，取值范围为0～4294967295（232-1）。

4.语句float duration[]={}

该语句用来定义单精度浮点变量数组duration，排列各音符的音值。歌曲《我和我的祖国》的简谱的前6个音值均为0.5拍，因此排列的音值是0.5、0.5、0.5、0.5、0.5、0.5。

float是单精度浮点型数据类型，即有小数点的数字，占用4字节的内存，取值范围为-3.4028235E+38～3.4028235E+38，有6～7位有效数字。注：6.0/3.0的结果可能不为2.0，且执行浮点运算的速度远远慢于执行整数运算的速度。

5.语句length=sizeof（tune）/sizeof（tune[0]）；

该语句表示运用sizeof函数查询数组中音符的个数，将数组所占的内存总空间大小（字节数）除以单个元素所占的内存空间大小（字节数），就得到了数组的大小。

6.语句for（int x=0；x<length；x++）{语句1；}

该语句为循环执行语句，从x=0开始，每循环一次，x=x+1，x<length时一直循环。如果length=10，那么语句1将循环执行10次；如果length=20，那么语句1将循环执行20次。

7.语句delay（750＊duration[x]）；

该语句表示延时duration[x]*750ms，比如：x=0，duration[0]=0.5，delay（750*duration[0]）即delay（375），延时375ms。

2.3.4　程序设计

1.代码一

（1）程序参考

（2）实验结果

首先在AU03电路板上安装并焊接1206型贴片电阻（10Ω）、耳机插座、喇叭、2根排针，然后将电路板的排针插入Arduino Uno开发板上的GND和13插槽内。代码一上传成功后接通电源，喇叭将发出频率为1000Hz的声音，持续200ms，停止发声1800ms。如此循环。

2.代码二

（1）程序参考

（2）实验结果

通电后，喇叭播放歌曲《我和我的祖国》。

2.3.5　拓展和挑战

从网上搜索一首你喜爱的歌曲简谱，编程播放。