单片机MIDI音乐播放原理详解及代码示例

单片机MIDI音乐播放原理详解及代码示例

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/liwangsb2/article/details/145886941

本文将详细介绍如何在单片机中实现MIDI音乐播放功能，包括MIDI的基本概念、音符频率对照表、音乐数据编码方法以及播放核心代码的实现。

一、什么是MIDI？

MIDI（Musical Instrument Digital Interface）是电子乐器间的数字通信协议，在单片机中可通过以下要素模拟实现：

• 音符数字编码：用数字代替具体音高（如60代表中音C）
• 持续时间控制：通过定时器设定音符长度
• 多通道支持：通过PWM同时产生多个音调（需高级单片机）

二、C调音符频率对照表（完整版）

三、MIDI音乐播放实例

1. 音乐数据编码

// 数组结构：[频率, 持续时间(ms)]交替存储
u16 music1[78]={ //音乐1的数据表（奇数是音调，偶数是长度）
330,750,
440,375,
494,375,
523,750,
587,375,
659,375,
587,750,
494,375,
392,375,
440,1500,
330,750,
440,375,
494,375,
523,750,
587,375,
659,375,
587,750,
494,375,
392,375,
784,1500,
659,750,
698,375,
784,375,
880,750,
784,375,
698,375,
659,750,
587,750,
659,750,
523,375,
494,375,
440,750,
440,375,
494,375,
523,750,
523,750,
494,750,
392,750,
440,3000
};

2. 播放核心代码解析

void MIDI_PLAY(void) {
  u16 i, e;
  for(i=0; i<39; i++) { // 遍历39个音符
    
    // music1[i*2]：当前音符频率
    // music1[i*2+1]：当前音符持续时间
    
    for(e=0; e < (music1[i*2] * music1[i*2+1])/1000; e++) {
      /* 方波生成：500000us(0.5秒)/频率 = 单个周期时长 */
      GPIO_WriteBit(BUZZERPORT, BUZZER,(BitAction)(0)); // 输出低电平
      delay_us(500000/music1[i*2]);         // 半周期延时
      
      GPIO_WriteBit(BUZZERPORT, BUZZER,(BitAction)(1)); // 输出高电平
      delay_us(500000/music1[i*2]);         // 另一半周期
    }
  }
}

3. 关键参数说明

• 频率计算：
  500000/music1[i*2]
  推导过程
  周期T(μs)=1,000,000/频率 → 半周期=500,000/频率

• 循环次数：
  (频率×持续时间)/1000
  确保总时长精确
  例：440Hz音符播放500ms时：
  循环次数=(440×500)/1000=220次

四、优化技巧

1. 硬件定时器替代delay_us：使用PWM输出方波
2. 中断控制：TIM_IT_Update中断切换电平
3. 动态BPM调整：添加全局速度系数变量

float speed_ratio = 1.0; // 速度调节系数
delay_us((int)(500000/music1[i*2] * speed_ratio));

图1：无源蜂鸣器驱动电路原理图

图2：方波周期与频率的对应关系示意图