Arduino Nano 三路复音演奏《生日快乐》—— 灯光同步的无限循环演示

元件清单

其余元件（3 个蜂鸣器、3 个 LED、6 个 100Ω 电阻、迷你面包板、跳线）均为通用元件，原文未列入清单，实际制作时请自行准备。

项目演示

将装置插入任意 USB 电源（不限电脑），即可无限循环播放《生日快乐》三声部复音，直到你听腻为止。三个声部对应的 LED 会随音符变化闪烁，视听同步效果极佳。

原理图与布局

核心技巧：Arduino Nano 正好嵌入迷你面包板，两侧引脚刚好露出，可直接插接蜂鸣器与 LED，无需焊接。面包板内部连接方式见附图。

• 三个蜂鸣器分别接 D6、D12、D0（信号脚），接地脚分别接 D2、D9、A4（通过置 LOW 模拟地）
• 三个 LED 阳极接 A1、A3、A5，阴极共用 A0、A2、A4（同样置 LOW）
• 电阻均为 100Ω（常规建议 220Ω，但 100Ω 亮度更高且短期安全）
• 中间蜂鸣器体积稍大，仅为视觉区分，实际声学特性无差别

软件实现

必须安装 Tone 库（GitHub / 直链），它利用硬件定时器与中断在单核 AVR 上实现多音轨并发生成。安装方式：IDE 菜单 Sketch → Include Library → Add .ZIP Library...。

代码结构：

• 三个 Tone 对象分别控制低音、节奏、高音三声部
• 每个声部配备专用 LED 闪烁函数 switchXxxLed()
• wait(Tone) 阻塞等待当前音符播放完毕
• loop() 中按乐谱顺序依次触发三声部音符，通过 wait(rythm) 同步节拍

完整代码

#include <Tone.h>
Tone solo, bass, rythm;
const int t = 600;           // 四分音符时长 ms
const int tt = t*2;          // 二分音符
const int t14 = round(t*1/4);
const int t24 = round(t*2/4);
const int t34 = round(t*3/4);

const int bassLedPin  = 15;  // A1
const int rythmLedPin = 17;  // A3
const int soloLedPin  = 19;  // A5

void wait(Tone &t) { while (t.isPlaying()); }

int bassLedState = LOW, rythmLedState = LOW, soloLedState = LOW;

void switchBassLed()  { bassLedState  = !bassLedState;  digitalWrite(bassLedPin,  bassLedState); }
void switchRythmLed() { rythmLedState = !rythmLedState; digitalWrite(rythmLedPin, rythmLedState); }
void switchSoloLed()  { soloLedState  = !soloLedState;  digitalWrite(soloLedPin,  soloLedState); }

void setup() {
  pinMode(14, OUTPUT); pinMode(16, OUTPUT); pinMode(18, OUTPUT); // LED 地脚 A0,A2,A4
  pinMode(bassLedPin, OUTPUT); pinMode(rythmLedPin, OUTPUT); pinMode(soloLedPin, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT);                     // 蜂鸣器地脚
  solo.begin(6);   bass.begin(12);  rythm.begin(0);           // 信号脚
  // 前奏两个 D4
  solo.play(NOTE_D4, t34); switchSoloLed(); wait(solo);
  solo.play(NOTE_D4, t14); switchSoloLed(); wait(solo);
}

void loop() {
  // 以下按乐谱逐小节编写，每行对应一个和弦/音符组合
  // 结构：bass.play + switchBassLed; rythm.play + switchRythmLed; solo.play + switchSoloLed; wait(rythm);
  // 为节省篇幅此处省略完整 200+ 行乐谱代码，完整版请见原项目附件或下方 GitHub 链接
  // 关键点：通过 wait(rythm) 以节奏声部为基准同步三声部
}

完整乐谱代码 请访问项目主页下载，或直接复制原文中的 Happy_birthday 完整列表。

进阶建议

• 代码目前将三声部硬编码在 loop() 中，可重构为数据驱动（音符数组 + 统一播放引擎），便于演奏任意 MIDI 导出的多轨乐谱
• 若需更多声部，可考虑使用 ESP32 等多核 MCU，或外接专用音频芯片（VS1053 等）