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[嵌入式]如何给Arduino项目添加音乐播放功能

(以下教程仅针对Arduino UNO、Arduino Nano等使用Atmel328P为核心的开发板)

一、蜂鸣器播放音乐

????????说起单片机播放音乐,大家第一个想到的应该是无源蜂鸣器或喇叭。( 因无源蜂鸣器的工作原理与扬声器相同,此处混为一谈,但实际使用仍有区别 ),无论是51、Arduino、亦或是STM32,在入门时期都会使用蜂鸣器进行播放音乐。无源蜂鸣器的应用非常广泛,小到电子贺卡,玩具,大到上世纪的康瑞达电脑,都使用无源蜂鸣器进行发声或音乐的播放。

在Arduino中,经常使用以下的函数驱动蜂鸣器:

Tone(蜂鸣器引脚, 输出的频率);// 在指定的引脚输出指定的频率使蜂鸣器发声
noTone(蜂鸣器引脚);         // 停止指定引脚的PWM输出,使蜂鸣器不发声

对于这用播放音乐的方式:

优点有:

  1. 成本低廉,通常只需要蜂鸣器即可,对于更高的要求和更高的声音要求,只需要添加三极管和电阻,再加一个二极管保护即可。
  2. 电路设计简单,

缺点有:

  1. 占用非常多的资源,你需要一个定时器用于输出PWM,一定的空间(内部RAM\ROM或外部ROM)
  2. 需要占用大部分的系统时间,进行频率切换等
  3. 由于Arduino没有DAC,播放的音乐只是勉强能听,方波输出,和模拟输出仍有较大差别
  4. 对于某些IO直接驱动蜂鸣器、扬声器的教程,对于开发版而言就是炸弹,轻则烧毁IO,重则带走开发版及传感器(此处涉及电感的相关知识,有兴趣的小伙伴可以去观看B站up 罗兹新一期关于继电器的视频)

二、MP3模块播放音乐

????????在今天,国产的MP3模块已经非常流行了如JQ6500、JQ8900等,使用MP3模块连接单片机,既可以简单的播放音乐,又可以控制EQ、音量、随意暂停播放插播歌曲、查询歌曲名字、歌曲时长等。他的操作如同老式MP3,只需要将他连接到电脑,存放歌曲即可。

在Arduino中,经常使用以下的函数驱动MP3模块:

// 使用串口控制
dat = Serial.read();
Serial.write(dat);
// IO或单总线方式控制
delay(ms);
delayMicroseconds(us);
digitalWrite(io, LOW);
digitalWrite(io, HIGH);

对于这用播放音乐的方式:

优点有:

  1. 占用IO少,一个IO即可播放上百首音乐
  2. 占用资源少,MP3模块支持IO触发、单总线控制、串口控制等,哪怕是手动用开关都能控制,也不需要使用单片机昂贵的空间储存音频文件。
  3. 音频播放效果好,对比蜂鸣器,简直天差地别
  4. 音量大小可调,更换音频文件不需要重新烧录程序
  5. 电路设计简单

缺点有:

  1. 对比蜂鸣器,价格确实是贵了点,一套下来基本要10元左右
  2. 功耗更大,由于有了专用的功放和DSP、DAC等电路,功耗相比蜂鸣器会更大

三、使用解码器播放音乐

????????使用音频解码模块 + 功放+储存模块,这种方法在STM32中比较常见,在低端单片机中并不多见,使用VS1053 + 内存卡模块进行实时音频输出,再经过功放放大推动喇叭,这种方法仅适用于高端单片机,其不仅对单片机性能要求高,对硬件电路设计,和开发者水平同样有高要求。

????????在Arduino中,使用这种方式驱动代码复杂,不同型号解码器驱动方式大不相同,故此处不列出参考代码。

对于这用播放音乐的方式:

优点有:

  1. 不仅支持音频解码,同时还支持音频编码,说人话就是支持录音和播音。
  2. 音频质量会比MP3模块的好。
  3. 支持双声道甚至更高的声道数。

缺点有:

  1. 价格昂贵,需要多个芯片的配合
  2. 对单片机和开发者要求高
  3. 电路设计复杂

四、总结

????????综合以上

????????在2021年的今天使用蜂鸣器播放音乐,不仅麻烦,需要将音频文件转换为频率文件,还要浪费单片机昂贵的储存空间(如果使用内存卡,内存卡还需要内存卡模块,价格就上来了,使用EEPROM或flash,开发者还需要了解如何烧录这类芯片),冒着开发版烧毁的风险,(给你推荐这种教程的都没按什么好心);

????????而使用专用的驱动芯片和内存卡进行音频的播放,意义更多在于演示,无论价格还是资源占用上,亦或是对开发者知识储备的要求,都不是最优解;

????????使用MP3模块,价格方面不高也不低,对于知识储备要求极低。(只要你会拉高拉低单片机IO电平都能上手,这个在入门教程的blink中已经教授给你了)

五、概括

????????蜂鸣器适合播放提示音,价格最低,音质最差,操作麻烦

????????MP3模块适合播放长短音频,价格适中,音质中等,操作简单

????????音频解码器适合播放高品质或多声道音频,价格昂贵,音质最好,操作复杂

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加:2021-10-04 13:00:11  更:2021-10-04 13:01:52 
 
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