文章目录

材料
步骤
1
:压电蜂鸣器工作原理
步骤
2
:构建琴键
步骤
3
:连接蜂鸣器
步骤
4
:电阻器和连接
步骤
5
:编程
步骤
6
:测试琴键

使用Arduino UNO R3和压电蜂鸣器构建电子琴

东枝

原创

发布时间: 2026-01-30 15:07:24 | 阅读数

Arduino

电子琴

音乐

蜂鸣器

本文介绍了一种基于 Arduino UNO R3 和压电蜂鸣器的简易电子琴设计方案。通过在面包板上搭建按键电路，并利用 Arduino 读取不同按键产生的电信号，控制蜂鸣器输出对应频率的声音，从而实现类似钢琴按键的演奏效果。该项目结构简单、成本低廉，涵盖了数字/模拟输入、声音产生以及基本电路设计等内容，适合 Arduino 初学者学习电子音乐与嵌入式控制的基础原理。

准备工作:

材料:

材料名称

数量

备注

Arduino UNO R3

压电蜂鸣器

跳线连接电缆

电阻器

220Ω, 1KΩ, 4,7KΩ和10KΩ

按键

压电蜂鸣器工作原理

压电蜂鸣器的工作原理可以类比为一个微型“小鼓”。蜂鸣器内部包含一片压电陶瓷片，当在其两端施加电压时，压电陶瓷会因压电效应发生形变，从而产生振动。

如果对蜂鸣器施加的是交变电压（或脉冲信号），陶瓷片就会持续地伸缩振动，并推动周围空气形成声波，人耳便能听到声音。

振动的频率决定了声音的音调：振动越快，频率越高，声音越尖；振动越慢，频率越低，声音越低沉。而振动的幅度则会影响声音的响度。

通过 Arduino 输出不同频率的方波信号（例如使用 tone() 函数或 PWM），可以精确控制蜂鸣器的振动频率，从而演奏出不同的音符，甚至简单的旋律。

构建琴键

在面包板上安置五个独立的按钮，每个按钮都对应一个固定的音符，功能类似于简化的钢琴键。当按下某个按钮时，Arduino 会检测到对应的输入信号，并向蜂鸣器输出特定频率的电信号，从而发出相应音高的声音。

不同按钮对应不同的频率，因此会产生不同的音符；松开按钮后，声音停止。通过这种方式，五个按钮就可以组成一个简单的电子键盘，用来演奏基本的音阶或旋律。

连接蜂鸣器

将压电蜂鸣器安装在面包板上。将蜂鸣器的一个引脚连接到 Arduino 的数字引脚 8，作为信号输出端；另一个引脚连接到 GND（地），形成完整的电路。当 Arduino 在数字引脚 8 输出方波信号时，蜂鸣器即可发声。

电阻器和连接

为了稳定并区分每个按钮输入的信号，需要在每个按钮上连接电阻，用于控制进入 Arduino 的电平。将第一个按钮的信号端直接连接到 Arduino 的模拟引脚 A0。

其余按钮通过不同阻值的电阻（如 220Ω、1 kΩ 和 4.7 kΩ）分别与电源和接地构成分压电路。当不同按钮被按下时，A0 引脚会读取到不同的电压值，从而使 Arduino 能够区分是哪个按钮被触发。

编程

使用USB线将Arduino UNO R3连接到计算机，并打开 Arduino IDE。

然后可以编译代码并将其上传到你的主板。代码如下

/**

* 项目名称：模拟阶梯按键电子琴

* 功能描述：通过 A0 口读取分压电路的模拟值，识别不同的按键并驱动蜂鸣器播放对应音符。

* 电路原理：按键通过不同阻值的电阻连接到 A0，形成不同的分压比。

// --- 硬件引脚配置 ---

const int PIN_BUZZER = 8; // 蜂鸣器连接引脚 (支持 PWM)

const int PIN_ANALOG_KEY = A0; // 模拟量输入引脚，用于检测按键分压值

// 对应 10KΩ 电阻支路

const int UP_LIMIT_C = 100;

// 对应 4.7KΩ 电阻支路

const int UP_LIMIT_D = 300;

// 对应 1KΩ 电阻支路

const int UP_LIMIT_E = 500;

// 对应 220Ω 电阻支路

const int UP_LIMIT_F = 700;

// 对应极低电阻或直接连接

const int UP_LIMIT_G = 900;

// 理论最大 1023，超过 1000 视为未按下任何键

const int NO_KEY_VAL = 1000;

// --- 音符频率定义 (单位: Hz) ---

// 采用 C4 组（中音）标准频率

// (Do)

const int NOTE_C4 = 262;

// (Re)

const int NOTE_D4 = 294;

// (Mi)

const int NOTE_E4 = 330;

// (Fa)

const int NOTE_F4 = 349;

// (Sol)

const int NOTE_G4 = 392;

void setup() {

// 初始化蜂鸣器引脚为输出模式

pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT);

// 初始化串口通信，波特率 9600

Serial.begin(9600);

Serial.println("Electronic Piano Initialized...");

}

void loop() {

// 读取 A0 口模拟电压（转换后为 0-1023 的整数）

int sensorValue = analogRead(PIN_ANALOG_KEY);

// 串口打印当前值，方便在波形器或控制台中调试电阻分压范围

// Serial.print("Analog Value: ");

// Serial.println(sensorValue);

// 阶梯式判定逻辑：根据模拟值范围判断按下的具体键位

if (sensorValue < UP_LIMIT_C) {

emitTone(NOTE_C4);

} else if (sensorValue < UP_LIMIT_D) {

emitTone(NOTE_D4);

} else if (sensorValue < UP_LIMIT_E) {

emitTone(NOTE_E4);

} else if (sensorValue < UP_LIMIT_F) {

emitTone(NOTE_F4);

} else if (sensorValue < UP_LIMIT_G) {

emitTone(NOTE_G4);

} else {

// 若模拟值超过最高阈值，说明没有电流回路（按键未按下）

noTone(PIN_BUZZER);

}

// 扫描频率控制：30ms 延迟可兼顾按键灵敏度与防抖动

delay(30);

}

/**

* 播放指定频率的音符

* @param freq 输入的音符频率 (Hz)

void emitTone(int freq) {

tone(PIN_BUZZER, freq);

}

测试琴键

将代码上传到Arduino后，按下每个按钮即可听到相应的提示音。如果注意到两个按钮发出相同的声音，则可以调整代码中的电阻值或阈值。

请尝试在新的 Arduino 键盘上演奏简单的曲子，例如“Twinkle, Twinkle, Little Star”或“Mary Had a Little Lamb”。

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