1. 简介

之前使用micropython在ESP32C3上用自定义音符编码通过蜂鸣器播放了《敢问路在何方》，这种方式的缺点有下面几个：

  1. 需要手动按照自定义音符编码规则拿到编码字符串
  2. 音符固定，频率固定，只有单轨道。丢失了部分音乐的美感

恰逢最近在研究MIDI音乐文件，发现MIDI音乐文件里完美的包含了让蜂鸣器发声的所有元素。如果能通过实时解析MIDI音乐文件将音符元素发送至开发板，让蜂鸣器完成音乐播放一定是一件很酷的事情！

话不多说，开整！

2. 接线图

image.png

  • A0 -> 蜂鸣器正极
  • A9 -> Daplink串口RX
  • A10 -> Daplink串口TX

2.1 用到的器件

  • STM32F103C6T6

    • 10KB RAM, 32KB Flash

  • 无缘蜂鸣器1个

  • Daplink烧录器 + 串口传输

3. MIDI音乐文件

众所周知，MIDI音乐文件是最经典的乐器发音存储标准文件格式，区别与MP3等声音记录文件，MIDI文件里包含了乐器发音控制元数据，而今天用到的蜂鸣器便是模拟其中一种乐器发音效果对MIDI文件进行演奏。

标准的MIDI文件格式定义在这里：MIDI 1.0

从github上找到了一份面向程序编码的MIDI格式文档：Github MIDI Format

字节中文MIDI音乐文件格式入门：音乐研发必备：理解 MIDI 协议与标准 MIDI 文件格式

详细文件格式大家自行阅读文档，这里不做过多展开。要让蜂鸣器发声，最关键的几个元素：声音持续时间，声音频率（C4音符等），声音大小（高亢还是低沉）

MIDI文件里记录的：NOTE_ON，NOTE_OFF事件包含了所有我们想要的信息

4. 制作思路

4.1 STM32解码MIDI文件+蜂鸣器播放

这里将解码逻辑放在STM32单片机上的原因是为了支持多输入源不依赖特定上位机，等之后接入wifi模块后便可实现无线播放。

STM32单片机上的程序通过串口接收MIDI音乐源文件数据，实时解码出蜂鸣器关注的MIDI事件，通过单片机上的PWM模块模拟输出不同音频，通过占空比调节模拟不同声音大小，通过定时器实现声音持续。

采用蜂鸣器做发声单元，演奏MIDI音乐。

4.2 上位机发送MIDI音乐文件

选用最方便快速的python作为上位机服务，使用pyserial模块实现串口通信发送MIDI源文件数据到STM32，使用tqdm模块做简单的音乐播放进度条UI展示。

5. 效果展示

B站视频

6. 源码

7. 总结

本文介绍了在STM32上自制MIDI音乐播放器的详细流程和开发思路，作为之前自定义音符编码技巧的补充，让蜂鸣器演奏成为可能。

过程中被PWM频率和占空比调整最为繁琐，最开始没理解清楚PWM原理和频率+占空比与音频的关系，被折磨了一天。后来在B站学习了正点原子系列视频里对PWM的解释恍然大悟，最终完成了自制MIDI音乐播放器的制作。

8. 附录

记录几个MIDI音乐下载网站