韵湖葱白 发表于 2022-3-8 09:02

(番外13)GD32L233评测-来点音乐

本帖最后由 韵湖葱白 于 2022-3-10 11:57 编辑

## 前言

开工第二天,花半个小时搞定pwm驱动无源蜂鸣器播放音乐。

## 无源蜂鸣器

;所谓无源,是指蜂鸣器内部不带震荡源,需要频率信号驱动。


有源蜂鸣器 | 无源蜂鸣器
---|---
有震荡源-频率固定 | 无震荡源-频率可控
管脚有方向 | 管脚无方向
单向有内阻,一般超过1KΩ | 双向有内阻,一般几百Ω
有电路板 | 无电路板
通电即发声 | 频率信号驱动
贵 | 便宜

由于无源蜂鸣器由频率信号控制,我们可以通过调整控制频率的方式来播放音乐。

人耳能够感受到的声音频率范围为20HZ ~ 20KHZ,音乐的频率一般是几百HZ,不超过2KHZ。

假设我们的定时器频率是100MHZ,我们需要通过分频的方式把PWM的频率降到音乐的频率范围之内:把prescaler值设置为999,频率降为100KHZ,通过调整period使输出频率在声音的范围内。

例如,C调音阶1的频率是262HZ,那么period值就是:100K/262≈382

我们把接口进行封装(代码GD32):

```
void timer3_freq_change(uint32_t freq_base, uint16_t freq)
{
    uint16_t period = freq_base / freq;
    timer_autoreload_value_config(TIMER2, period);
    timer_event_software_generate(TIMER2, TIMER_EVENT_SRC_UPG);
}
```

其中,freq_base是prescaler之后的值,freq是声音的频率值,我们把这个接口再封装一把。

```
#define TIMER_FREQ_BASE   100000// 100K
#define TIMER_PRESCALER   639   // 分频系数 * 100K = 64M
#define PLAY_SOUND(note)timer3_freq_change(TIMER_FREQ_BASE, note)
```

到这里,播放声音的接口就搞定了。

## 一点乐理

上面我们已经搞定了播放声音的方式,那么在乐理中,我们还需要知道音乐的调子和节拍。

看一段简谱。

![祝你生日快乐](https://gitee.com/anyangchina/ppp/raw/master/20211112祝你生日快乐简谱.jpg)

简谱的左上角一般标示了这首歌的调子,节拍数和BPM。

《祝你生日快乐》是C调,3/4表示4分音符为1拍,每小节3拍,小蝌蚪=100表示每分钟100拍。

有了这几个数据,我们就可以算出来每拍音符的时长=60s/100=600ms。

关于简谱中的记法:

音符的下点表示低音,上点表示高音,-表示延长音,一个下划线表示时长减半,N个下划线表示时长缩小2^N倍。

()表示间奏或者过门,‖::‖表示重复,上括号表示连音。

如上划横线部分,表示:

前一节:7播放600ms,-表示7继续播放600ms,5下划线播放300ms,5下划线播放300ms,共播放1800ms。

后一节:6播放600ms,5播放600ms,2上加点播放600ms,共播放1800ms。

## 代码部分

### 音符

我们把音符的频率用数组枚举出来备用:

```
const uint16_t freq_A[] = {
    0,
    221,248,278,294,330,371,416,    ///< 低音1-7
    441,495,556,589,661,742,833,    ///< 普通音1-7
    882,990, 1112, 1178, 1322, 1484, 1665   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_B[] = {
    0,
    248,278,294,330,371,416,467,    ///< 低音1-7
    495,556,589,661,742,833,935,    ///< 普通音1-7
    990, 1112, 1178, 1322, 1484, 1665, 1869   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_C[] = {
    0,
    131,147,165,175,196,221,248,    ///< 低音1-7
    262,294,330,350,393,441,495,    ///< 普通音1-7
    525,589,661,700,786,882,990   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_D[] = {
    0,
    147,165,175,196,221,248,278,    ///< 低音1-7
    294,330,350,393,441,495,556,    ///< 普通音1-7
    589,661,700,786,882,990, 1112   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_E[] = {
    0,
    165,175,196,221,248,278,312,    ///< 低音1-7
    330,350,393,441,495,556,624,    ///< 普通音1-7
    661,700,786,882,990, 1112, 1248   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_F[] = {
    0,
    175,196,221,234,262,294,330,    ///< 低音1-7
    350,393,441,495,556,624,661,    ///< 普通音1-7
    700,786,882,935, 1049, 1178, 1322   ///< 高音1-7
};

const uint16_t freq_G[] = {
    0,
    196,221,234,262,294,330,371,    ///< 低音1-7
    393,441,495,556,624,661,742,    ///< 普通音1-7
    786,882,935, 1049, 1178, 1322, 1484   ///< 高音1-7
};
```

这里用一个数组把它们组织起来方便调用:

```
const uint16_t *FREQS[] = {freq_A, freq_B, freq_C, freq_E, freq_F, freq_G};
```

同时对外开放一个枚举量方便外部调用(外部只需要知道调号就可以用,并不需要关心具体的频率值):

```
typedef enum
{
    TONE_A,
    TONE_B,
    TONE_C,
    TONE_D,
    TONE_E,
    TONE_F,
    TONE_G,
}tone_e;
```

## 制谱

从上面的推断来看,实际上单个音符的播放时间只跟bpm有关系,在编程上我们需要关心的只有一个点:

**如何表示不同播放时长的音符?**

这里,我们需要用点数学或者编程的技巧。

我们用有规律的数字来表示不同的播放时长,用一个表来说明一下:


音符 | 数学表示方法
---|---
0(空) | 0
低音1-7 | 1-7
普通1-7 | 8-14
高音1-7 | 15-21
---|---
低音1-7(1个下划线) | 31-37
普通1-7(1个下划线) | 38-44
高音1-7(1个下划线) | 45-51
---|---
低音1-7(2个下划线) | 61-67
普通1-7(2个下划线) | 68-74
高音1-7(2个下划线) | 75-81
---|---
低音1-7(3个下划线) | 91-97
普通1-7(3个下划线) | 98-104
高音1-7(3个下划线) | 105-111
---|---
低音1-7(4个下划线) | 121-127
普通1-7(4个下划线) | 128-134
高音1-7(4个下划线) | 135-141

这里用到了线性的表示方法,我们在写程序的时候,就可以很愉快的用if else搞定了。

```
void play_music(uint16_t bpm, tone_e tone, uint16_t *data, uint16_t len)
{
    uint16_t delay = 60000/bpm;
    uint8_t index;
    const uint16_t *freq = FREQS;
    for (index = 0; index < len; index++)
    {
      if (data <= HIGH7)
      {
            /* 基本音阶 */
            PLAY_SOUND(freq]);
            delay_ms(delay);
      }
      else if (data <= HIGH7_)
      {
            /* 1个_ */
            PLAY_SOUND(freq-30]);
            delay_ms(delay/2);
      }
      else if (data <= HIGH7_2)
      {
            /* 2个_ */
            PLAY_SOUND(freq-60]);
            delay_ms(delay/4);
      }
      else if (data <= HIGH7_3)
      {
            /* 3个_ */
            PLAY_SOUND(freq-90]);
            delay_ms(delay/8);
      }
      else if (data <= HIGH7_4)
      {
            /* 4个_ */
            PLAY_SOUND(freq-120]);
            delay_ms(delay/16);
      }
    }
}
```

在上面的程序中,我们再次用到了编程技巧,用简单的宏定义替换数字,方便我们制谱。

```
0 = BASE0
1低音 = LOW1
1 = BASE1
1高音 = HIGH1
1一个下划线 = BASE1_
1两个下划线 = BASE1_2
1三个下划线 = BASE1_3
1四个下划线 = BASE1_4
```

有了这个关系,我们就可以很轻松的制谱了。

例如《祝你生日快乐》中的划横线部分,表示出来就是:

` BASE7, BASE7, BASE5_, BASE5_ `

` BASE6, BASE5, HIGH2 `

到这里,我们就可以很轻松的翻译一首歌了。

我们把宏定义也贴一把:

```
#define BASE0       0
#define LOW1      1
#define LOW2      2
#define LOW3      3
#define LOW4      4
#define LOW5      5
#define LOW6      6
#define LOW7      7
#define BASE1       8
#define BASE2       9
#define BASE3       10
#define BASE4       11
#define BASE5       12
#define BASE6       13
#define BASE7       14
#define HIGH1       15
#define HIGH2       16
#define HIGH3       17
#define HIGH4       18
#define HIGH5       19
#define HIGH6       20
#define HIGH7       21
   
#define LOW1_       (30+LOW1)
#define LOW2_       (30+LOW2)
#define LOW3_       (30+LOW3)
#define LOW4_       (30+LOW4)
#define LOW5_       (30+LOW5)
#define LOW6_       (30+LOW6)
#define LOW7_       (30+LOW7)
#define BASE1_      (30+BASE1)
#define BASE2_      (30+BASE2)
#define BASE3_      (30+BASE3)
#define BASE4_      (30+BASE4)
#define BASE5_      (30+BASE5)
#define BASE6_      (30+BASE6)
#define BASE7_      (30+BASE7)
#define HIGH1_      (30+HIGH1)
#define HIGH2_      (30+HIGH2)
#define HIGH3_      (30+HIGH3)
#define HIGH4_      (30+HIGH4)
#define HIGH5_      (30+HIGH5)
#define HIGH6_      (30+HIGH6)
#define HIGH7_      (30+HIGH7)

#define LOW1_2      (60+LOW1)
#define LOW2_2      (60+LOW2)
#define LOW3_2      (60+LOW3)
#define LOW4_2      (60+LOW4)
#define LOW5_2      (60+LOW5)
#define LOW6_2      (60+LOW6)
#define LOW7_2      (60+LOW7)
#define BASE1_2   (60+BASE1)
#define BASE2_2   (60+BASE2)
#define BASE3_2   (60+BASE3)
#define BASE4_2   (60+BASE4)
#define BASE5_2   (60+BASE5)
#define BASE6_2   (60+BASE6)
#define BASE7_2   (60+BASE7)
#define HIGH1_2   (60+HIGH1)
#define HIGH2_2   (60+HIGH2)
#define HIGH3_2   (60+HIGH3)
#define HIGH4_2   (60+HIGH4)
#define HIGH5_2   (60+HIGH5)
#define HIGH6_2   (60+HIGH6)
#define HIGH7_2   (60+HIGH7)

#define LOW1_3      (90+LOW1)
#define LOW2_3      (90+LOW2)
#define LOW3_3      (90+LOW3)
#define LOW4_3      (90+LOW4)
#define LOW5_3      (90+LOW5)
#define LOW6_3      (90+LOW6)
#define LOW7_3      (90+LOW7)
#define BASE1_3   (90+BASE1)
#define BASE2_3   (90+BASE2)
#define BASE3_3   (90+BASE3)
#define BASE4_3   (90+BASE4)
#define BASE5_3   (90+BASE5)
#define BASE6_3   (90+BASE6)
#define BASE7_3   (90+BASE7)
#define HIGH1_3   (90+HIGH1)
#define HIGH2_3   (90+HIGH2)
#define HIGH3_3   (90+HIGH3)
#define HIGH4_3   (90+HIGH4)
#define HIGH5_3   (90+HIGH5)
#define HIGH6_3   (90+HIGH6)
#define HIGH7_3   (90+HIGH7)

#define LOW1_4      (120+LOW1)
#define LOW2_4      (120+LOW2)
#define LOW3_4      (120+LOW3)
#define LOW4_4      (120+LOW4)
#define LOW5_4      (120+LOW5)
#define LOW6_4      (120+LOW6)
#define LOW7_4      (120+LOW7)
#define BASE1_4   (120+BASE1)
#define BASE2_4   (120+BASE2)
#define BASE3_4   (120+BASE3)
#define BASE4_4   (120+BASE4)
#define BASE5_4   (120+BASE5)
#define BASE6_4   (120+BASE6)
#define BASE7_4   (120+BASE7)
#define HIGH1_4   (120+HIGH1)
#define HIGH2_4   (120+HIGH2)
#define HIGH3_4   (120+HIGH3)
#define HIGH4_4   (120+HIGH4)
#define HIGH5_4   (120+HIGH5)
#define HIGH6_4   (120+HIGH6)
#define HIGH7_4   (120+HIGH7)
```

## SHOW TIME

### 祝你生日快乐

```
void play_sheng_ri_kuai_le(void)
{
    uint16_t bpm = 100;
    tone_e tone = TONE_C;
    uint16_t gc[] = {
            /* 间奏 */
            BASE5, BASE5,
            HIGH5, HIGH3, HIGH1,
            BASE7, BASE6, BASE6,
            BASE0, HIGH4_, HIGH4_,
            HIGH3, HIGH1, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1,
            /* 第一段 */
            BASE5_, BASE5_, // - 祝你
            BASE6, BASE5, HIGH1,
            BASE7, BASE7, BASE5_, BASE5_, // 乐,祝你
            BASE6, BASE5, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1, BASE5_, BASE5_, // - 祝你
            HIGH5, HIGH3, HIGH1,
            BASE7, BASE6, BASE6,
            BASE0, HIGH4_, HIGH4_, // - 祝你
            HIGH3, HIGH1, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1,
            /* 第二段 */
            BASE5_, BASE5_, // - 祝你
            BASE6, BASE5, HIGH1,
            BASE7, BASE7, BASE5_, BASE5_, // 乐,祝你
            BASE6, BASE5, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1, BASE5_, BASE5_, // - 祝你
            HIGH5, HIGH3, HIGH1,
            BASE7, BASE6, BASE6,
            BASE0, HIGH4_, HIGH4_, // - 祝你
            HIGH3, HIGH1, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1,
            /* 结束 */
            BASE5_, BASE5_, // - 祝你
            HIGH5, HIGH3, HIGH1,
            BASE7, BASE6, BASE6,
            BASE0, HIGH4_, HIGH4_, // - 祝你
            HIGH3, HIGH1, HIGH2,
            HIGH1, HIGH1, HIGH1
            };

    play_music(bpm, tone, gc, ARRAY_NUM(gc));
}
```

### 沧海一声笑

![沧海一声笑简谱](https://gitee.com/anyangchina/ppp/raw/master/20211112沧海一声笑简谱.jpg)

```
void play_cang_hai_yi_sheng_xiao(void)
{
    uint16_t bpm = 66;
    tone_e tone = TONE_A;
    uint16_t gz0[] = {
      /* 间奏 */
      BASE5_2, BASE6_2, HIGH1_2, HIGH2_2, HIGH5_, HIGH2_,
      BASE5_2, BASE6_2, HIGH1_2, HIGH2_2, HIGH5_, HIGH2_
    };
    uint16_t gc123[] = {
      /* 第一 二 三段 沧海笑 苍天笑 江山笑 */
      BASE6_, BASE6_2, BASE5_2, BASE3_, BASE2_2, BASE1, BASE1,
      BASE3_, BASE2_2, BASE1_, LOW6_2, LOW5_2, LOW5, LOW5,
      LOW5_, LOW6_2, LOW5_, LOW6_2, LOW1_, LOW2_2, BASE3_, BASE5_,
      LOW6_, LOW5_2, BASE3_2, BASE2_2, BASE1_, BASE2
    };
    uint16_t gc45[] = {
      /* 第四段 清风笑 苍生笑 */
      BASE6_, BASE6_2, BASE5_2, BASE3_, BASE2_2, BASE1, BASE1,
      BASE3_, BASE2_2, BASE1_, LOW6_2, LOW5_2, LOW5, LOW5,
      LOW5_, LOW6_2, LOW5_, LOW6_2, LOW1_, LOW2_2, BASE3_, BASE5_,
      LOW6_, LOW5_2, BASE3_2, BASE2_2, BASE1_, BASE1, BASE1,
    };
    uint16_t gz1[] = {
      /* 间奏 */
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      LOW6_2, BASE1_2, BASE2_2, BASE3_2,
      BASE6_, BASE6_2, BASE5_2, BASE3_, BASE2_, BASE1, BASE1,
      BASE3_2, BASE5_2, BASE3_2, BASE2_2, BASE1_, LOW6_, LOW5, LOW5,
      LOW5_, LOW6_2, LOW5_, LOW6_2, LOW1_, LOW2_2, BASE3_, BASE5_2,
      BASE6_, BASE5_2, BASE5_2, BASE5_2, BASE3_2, BASE2_2, BASE1_2, BASE2, BASE2
    };
    uint16_t last[] = {
      /* 结束 */
      BASE6_, BASE6_2, BASE5_2, BASE3_, BASE2_2, BASE1, BASE1,
      BASE3_, BASE2_2, BASE1_, LOW6_2, LOW5, LOW5,
      LOW5_, LOW6_2, LOW5_, LOW6_2, BASE1_, BASE2_2, BASE3_, BASE5_2,
      BASE6_, BASE5_2, BASE5_2, BASE5_2, BASE3_2, BASE2_2, BASE1_2, BASE2, BASE2
    };
   
    play_music(bpm, tone, gz0, ARRAY_NUM(gz0));
    play_music(bpm, tone, gc123, ARRAY_NUM(gc123));
    play_music(bpm, tone, gc123, ARRAY_NUM(gc123));
    play_music(bpm, tone, gc123, ARRAY_NUM(gc123));
    play_music(bpm, tone, gc45, ARRAY_NUM(gc45));
    play_music(bpm, tone, gz1, ARRAY_NUM(gz1));
    play_music(bpm, tone, gc45, ARRAY_NUM(gc45));
    play_music(bpm, tone, last, ARRAY_NUM(last));
    play_music(bpm, tone, last, ARRAY_NUM(last));
}
```

## 视频

<iframe src="//player.bilibili.com/player.html?aid=852074524&bvid=BV1HL4y1u74o&cid=544431311&page=1" scrolling="no" border="0" frameborder="no" framespacing="0" allowfullscreen="true" Height=360 Width=640> </iframe>

<iframe src="//player.bilibili.com/player.html?aid=467061816&bvid=BV1mL411N7ny&cid=544428882&page=1" scrolling="no" border="0" frameborder="no" framespacing="0" allowfullscreen="true"Height=360 Width=640> </iframe>

![](https://gitee.com/anyangchina/ppp/raw/master/文章EOF.gif)

![](https://gitee.com/anyangchina/ppp/raw/master/一键三连S.gif)

韵湖葱白 发表于 2022-3-8 09:05

<p>沧海一声笑</p>

<p>&nbsp;</p>

<p><iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="450" src="//player.bilibili.com/player.html?bvid=1mL411N7ny&amp;page=1" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe><br />
&nbsp;</p>

韵湖葱白 发表于 2022-3-8 09:07

<p>祝你生日快乐</p>

<p>&nbsp;</p>

<p><iframe allowfullscreen="true" frameborder="0" height="450" src="//player.bilibili.com/player.html?bvid=1HL4y1u74o&amp;page=1" style="background:#eee;margin-bottom:10px;" width="700"></iframe><br />
&nbsp;</p>

wangerxian 发表于 2022-3-8 17:10

<p>一看对音频就非常了解,当时上课的时候就搞过这个。</p>

yang_alex 发表于 2022-3-9 22:15

<p>我也把《祝你生日快乐》搞出来了,还没来得及发帖子,就看到你这篇了。<img height="48" src="https://bbs.eeworld.com.cn/static/editor/plugins/hkemoji/sticker/facebook/handshake.gif" width="48" /></p>
页: [1]
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