13. 制作光电子琴与MIDI电子鼓

发声体和声音

扬声器（speaker）和蜂鸣器（piezo transducer）
piezoelectric（压电感应）
音频：振动的频率
音高（pitch）：声音的频率（音频）高低
tone()指令：
tone(输出端口, 频率, 持续时间);
或 tone(输出端口, 频率)，若不指定时间，Arduino将持续发声，直到执行noTone()为止。

动手做 13-1 演奏一段马里奥旋律

程序代码：

const byte SP_PIN = 11；

void setup() {
    pinMode(SP_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    tone(SP_PIN, 659, 150);  //弹出一个E5音高的四分音符 
    delay(150);
    tone(SP_PIN, 659, 150);
    delay(150);
    tone(SP_PIN, 659, 150);
    delay(300);
    tone(SP_PIN, 523, 150);
    delay(150);
    tone(SP_PIN, 659, 150);
    delay(150);
    tone(SP_PIN, 784, 150);
    delay(3000);
}

使用#define 替换数据

在上面的程序加入如下：

#define E5 659
#define C5 523
#define G5 784

#define和const都能用一个名称来代表数值

const byte LED_PIN = 13;
#define LED_PIN 13

当定义数组常量时，只能用const。

输出高品质的音效

自然界或乐器所发出的声音，是由多种不同频率的正弦波组成的复合波，而tone()指令仅能输出固定的方波，音质无法媲美乐器，可参考几个扩展模块。

• Adafruit 的Wave Shield for Arduino Kit
• Sparkfun的MP3 Player Shield
• BabbleShield
• SpeakJet Shield

13-4 认识反射型与遮光型光电开关

• 反射型光电开关： 又称为反射型传感器，由一个红外线发射LED以及一个光敏晶体管（红外线接收器）所组成，它们的外观和一般的LED一样，它采用的是将发射和接收组装在一个模块的反射型光电开关。
• 传感器里的LED能发射红外线光，若传感器前方有高反射的物体（如：白纸），红外线光将被折射，由光敏晶体管接收，而晶体管发射极将输出高电位，相反地，若前方没有物体或者是低反射的物体（如黑纸），光敏晶体管将收不到红外线光，因而输出低电位。
• 这种元器件可应用在检测条形码，或者像上图一样，在一个圆盘上绘制黑色条纹（称为圆盘编码器），安装在电机或其他驱动机械上，可以检测物体的旋转角度或者转动圈数。发射型光电开关和被感测物体的距离，应介于1~8mm，2.5mm的效果最好。
• 另一种称为遮光型光电开关的传感器，也常见于微电脑自动控制装置。

动手做13-2 光电子琴制作

实验说明： 本节将采用红外线传感器当做“琴键”通过感应纸张上的黑白条纹，让Arduino发出对应的音调。

MIDI信息格式

MIDI外设以31.25kbps的速率来发送TTL形式（也就是5V代表高电位）的串行数据。一个MIDI信息通常由3个字节数据构成，分别代表状态（status）、音高（pitch）和强弱（velocity，按下按键时的力量强弱）。MIDI信息的3个字节数据：MIDI的频道号从0000_{1111共16组，音高编号与强弱的数据字节的最高位始终为0，因此有效的数值范围是0}127

动手做13-3 通过Arduino演奏MIDI音乐

实验说明： 制作一个MIDI OUT（输出）接口，从Arduino板传输MIDI信息给电脑音源发出音乐。
实验电路： MIDI接口采用5针DIN插座，此元器件的引脚比较不易插入面包板，建议先在它的引脚焊接导线
实验程序： 程序采用SoftwareSerial（软件串口）扩展库，将从中央C的前一个八度音到它的后一个八度音，依序弹奏每一个音符。

#include    //
byte note;
SoftwareSerial MIDI(2, 3);  //
void midiMsg(byte cmd, byte pitch, byte velocity) {
    MIDI.write(cmd);  //状态信息，write()指令用于在
    MIDI.write(pitch);  //音高值
    MIDI.write(velocity);  //强弱值
}

void setup() {
    MIDI.begin(31250); //串口连线要设置成MIDI的传输速率
}

void loop() {
    for (note = 48; note < 84; note ++) {
        midiMsg(0x90, note, 0x40);  //送出“按下琴键”及其他信息。
        delay(100);
        midiMsg(0x80, note, 0x00);  //
        delay(1000);
    }
}

实验结果： 编译并下载程序之后，将Arduino的MIDI输出接口与电脑的MIDI 转接线的“IN”相连，再打开“虚拟MIDI键盘”软件。

通过MIDI信息更换音色

动手做13-4 通过“虚拟MIDI”接口演奏音乐

**实验说明：**想必读者一定感到纳闷，既然MIDI接口采用串行联机，那为何我们不直接通过既有的接口，把MIDI信息传给电脑，通过音源软件发声呢？没问题！只要在电脑上安装“串口转MIDI桥接器”软件，让电脑把指定的串口看待成MIDI适配卡就可以了！当然，如果要将Arduino直接和其他MIDI乐器相连
实验软件：