自制电子钢琴键盘：内置预设曲目、LCD菜单与电阻分压键盘

所需元件与材料

项目简介

作者初涉电子领域，但有编程基础。本项目基于对压电蜂鸣器编程的学习成果，实现了一款 7 键电子钢琴，支持通过菜单按键切换预设曲目（超级马里奥主题曲、地下关音乐、危险边缘主题曲等），LCD 显示曲目名，LED 指示菜单模式。代码模块化，便于扩展新曲目或功能。

硬件接线指南

钢琴键 — 电阻分压法

7 个按键通过不同阻值电阻串联至电源，末端接 10kΩ 下拉电阻并共同连接至 Arduino A0 引脚。按键按下时分压电压不同，主程序通过 analogRead(A0) 识别是哪个键。电阻序列 (从左至右) ：1MΩ、10kΩ、4.7kΩ、1kΩ、560Ω、220Ω，对应音符 C4、D4、E4、F4、G4、A4、B4。可自行修改频率或增减按键。

LCD 1602

• 按电路图接线
• 引脚 3 (Vo) 接电位器中间脚，电位器两侧接 VCC/GND，调节对比度
• 引脚 15 (背光+) 接 220Ω 电阻后接 VCC

菜单按键

一端接 VCC，另一端接 10kΩ 下拉电阻至 GND，同时接 Arduino 数字引脚 7。

LED 指示灯

阳极接 Arduino 引脚 6，阴极串联 220Ω 接 GND。进入菜单模式时点亮，提示琴键已禁用。

压电蜂鸣器

一脚接 Arduino 引脚 8，另一脚串联 220Ω 接 GND。代码中 tone(8, ...) 驱动发声。

代码工作原理

初始化 (setup)

• 引入 LiquidCrystal.h 与 pitches.h (音符频率定义)
• 定义菜单按键引脚、输入输出模式、7 个琴键的频率数组 notes[]
• 每首曲目单独建标签页 (Song1~Song5)，便于维护扩展

主循环 (loop)

• 默认 LED 熄灭，琴键激活
• 检测菜单按键：按下则熄灭琴键功能、点亮 LED、进入 LCDstart() 菜单流程
• 读取 A0 电压，按阈值判断按下哪个琴键，调用 tone(8, freq) 发声；无按键时 noTone(8)

菜单系统

• 短按菜单键循环切换曲目标题 (LCD 显示)
• 任意琴键按下 → 播放当前显示曲目，播放完毕自动返回菜单同一位置
• 双击菜单键 (快速两次) → 重置菜单至首项
• 循环浏览完所有曲目直到 LCD 空白、LED 熄灭 → 退出菜单模式，恢复琴键演奏

完整源代码

代码分模块：Electronic Keyboard (主程序)、Song1~Song5 (五首曲目)、pitches.h (音符频率库)。完整代码请见原项目页面，核心逻辑如下：

主程序片段

#include <LiquidCrystal.h>
#include "pitches.h"
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
const int LCDswitchPin = 7;
int LCDswitchState = 0, prevLCDswitchState = 0;
int blueLED = 6, LCDswitchCounter = 0;
int notes[] = {262, 294, 330, 349, 392, 440, 494}; // C4~B4

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2);
  pinMode(LCDswitchPin, INPUT);
  pinMode(blueLED, OUTPUT);
  digitalWrite(blueLED, LOW);
}

void loop() {
  LCDswitchState = digitalRead(LCDswitchPin);
  int keyVal = analogRead(A0);
  lcd.noDisplay();
  digitalWrite(blueLED, LOW);
  if (LCDswitchState == HIGH) {
    digitalWrite(blueLED, HIGH);
    lcd.display(); lcd.clear(); LCDstart();
  }
  // 琴键电压阈值判断...
  if (keyVal == 1023) tone(8, notes[0]);
  else if (keyVal >= 990 && keyVal <= 1010) tone(8, notes[1]);
  // ... 其余音符 ...
  else if (keyVal <= 1) noTone(8);
}
// LCDstart(), Song1title()...Song5title() 菜单状态机函数...

曲目示例 (Song1 - 超级马里奥主题曲)

void Song1() {
  int melody[] = { NOTE_E7, NOTE_E7, 0, NOTE_E7, 0, NOTE_C7, NOTE_E7, 0, NOTE_G7, 0, ... };
  int noteDurations[] = { 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, ... };
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(1, 0); lcd.print("Now playing...");
  lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("MARIO THEME SONG");
  int size = sizeof(melody) / sizeof(int);
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    int noteDuration = 1000 / noteDurations[i];
    tone(8, melody[i], noteDuration);
    delay(noteDuration * 1.30);
    noTone(8);
  }
  Song1title();
}

pitches.h (音符频率定义)

#define NOTE_C4 262
#define NOTE_D4 294
#define NOTE_E4 330
#define NOTE_F4 349
#define NOTE_G4 392
#define NOTE_A4 440
#define NOTE_B4 494
#define NOTE_C5 523
// ... 含 C0~C8 全音域定义

扩展建议

• 增加更多按键扩展音域
• 添加录音/回放功能
• 接入 SD 卡存储更多乐谱
• 改用更高品质扬声器或音频放大模块