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