Практическое программирование Arduino/CraftDuino — Генерация звука – пьезоизлучатель


0. Начало
1. Цифровой ввод — кнопка
2. Аналоговый вывод — Fading
3. Аналоговый ввод – потенциометр
4. Аналоговый ввод – осциллограф

5. Генерация звука – пьезоизлучатель

Самым простым вариантом генерации звука является использование пьезоизлучателя.
Пьезоизлучатель

Пьезокерамические излучатели (пьезоизлучатели) — электроакустические устройства воспроизведения звука, использующие пьезоэлектрический эффект.
(эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.

Прямой пьезоэффект:
в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике;

Обратный пьезоэлектрический эффект:
в пьезоизлучателях (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты);)

Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах — часах-будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках, бытовой технике.

Пьезокерамический излучатель состоит из металлической пластины, на которую нанесён слой пьезоэлектрической керамики, имеющий на внешней стороне токопроводящее напыление. Пластина и напыление являются двумя контактами.

Пьезоизлучатель также может использоваться в качестве пьезоэлектрического микрофона или датчика.

Нужный нам для опытов пьезоизлучатель (Piezo Buzzer) можно выломать из старой игрушки (тетрис, тамагочи) или музыкальной открытки.

В качестве примера рассмотрим стандартный скетч Melody
(Sketchbook — Examples –Digital – Melody)

принципиальная схема:

— схема проста, один вывод от пьезоизлучателя подключается к земле, а второй (от центра пластинки/провод красного цвета) к выводу digital pin 9.

Код скетча:

/* Melody
 * (cleft) 2005 D. Cuartielles for K3
 *
 * Пример использования пьезоизлучателя для проигрывания 
 * мелодии.  
 * Для этого на пьезоизлучатель подаётся сигнал 
 * соответствующей частоты.
 *
 * 	Расчет тонов производится следующим образом:
 *
 *       timeHigh = period / 2 = 1 / (2 * toneFrequency)
 *
 * таблица различных тонов:
 *
 * нота		   частота		 период	timeHigh
 * c 	        261 Hz 	        3830 	1915 	
 * d 	        294 Hz 	        3400 	1700 	
 * e 	        329 Hz 	        3038 	1519 	
 * f 	        349 Hz 	        2864 	1432 	
 * g 	        392 Hz 	        2550 	1275 	
 * a 	        440 Hz 	        2272 	1136 	
 * b 	        493 Hz 	        2028	1014	
 * C	        523 Hz	        1912 	956
 *
 * http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Melody
 */
  
int speakerPin = 9;

int length = 15;                  // число нот
char notes[] = "ccggaagffeeddc "; // пробел - пауза
int beats[] = { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 4 };
int tempo = 300;

void playTone(int tone, int duration) {
  for (long i = 0; i < duration * 1000L; i += tone * 2) {
    digitalWrite(speakerPin, HIGH);
    delayMicroseconds(tone);
    digitalWrite(speakerPin, LOW);
    delayMicroseconds(tone);
  }
}

void playNote(char note, int duration) {
  char names[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b', 'C' };
  int tones[] = { 1915, 1700, 1519, 1432, 1275, 1136, 1014, 956 };
  
  // проиграть тон, соответствующий ноте
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    if (names[i] == note) {
      playTone(tones[i], duration);
    }
  }
}

void setup() {
  pinMode(speakerPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    if (notes[i] == ' ') {
      delay(beats[i] * tempo); // пауза
    } else {
      playNote(notes[i], beats[i] * tempo);
    }
    
    // пауза между нотами
    delay(tempo / 2); 
  }
} 


Весёленькая мелодия 🙂

Генерация звука происходит в функции playTone(), быстрой подачей на пьезоизлучатель сигналов HIGH и LOW. Время между сменой уровней определяет - какой частоты сигнал мы получим на пьезоизлучателе.

А теперь изменим скетч так, чтобы мелодия считывалась не из памяти, а из последовательного порта 🙂

/* Sound Serial (aka Keyboard Serial)
 *
 * Расчет тонов производится следующим образом:
 *
 *       timeHigh = period / 2 = 1 / (2 * toneFrequency)
 *
 * таблица различных тонов:
 *
 * нота		   частота		 период	timeHigh
 * c 	        261 Hz 	        3830 	1915 	
 * d 	        294 Hz 	        3400 	1700 	
 * e 	        329 Hz 	        3038 	1519 	
 * f 	        349 Hz 	        2864 	1432 	
 * g 	        392 Hz 	        2550 	1275 	
 * a 	        440 Hz 	        2272 	1136 	
 * b 	        493 Hz 	        2028	1014	
 * C	        523 Hz	        1912 	956
 *
 * на основе примера проекта todbot.com (Tod E. Kurt )
 */
  
int speakerPin = 9;
int serByte = -1;

char names[] = { 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'a', 'b', 'C' };
int tones[] = { 1915, 1700, 1519, 1432, 1275, 1136, 1014, 956 };
int tempo = 300;

void setup() {
  pinMode(speakerPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() 
{
  digitalWrite(speakerPin, LOW);
  serByte = Serial.read();       // считываем байт
  if (serByte != -1) 
  {
    Serial.print(serByte,BYTE);
  }
  for (int j=0;j<=8;j++) {        // проверяем - это нота?
    if (names[j] == serByte) {    // ага - нота! 
      for( int i=0; i<50; i++ ) { // проигрываем ноту 50 раз
        digitalWrite(speakerPin, HIGH);
        delayMicroseconds(tones[j]);
        digitalWrite(speakerPin, LOW);
        delayMicroseconds(tones[j]);
      }
    }
  } 
}

Однако, монитор последовательного порта Arduino IDE в данном случае не так удобен, т.к. нужно нажимать Enter, поэтому лучше воспользоваться tutty. Здесь вполне можно поиграться 🙂

Например, так:

cdefffdc

читать далее: 6. Фоторезистор

По теме
Arduino, термины, начало работы
КМБ для начинающих ардуинщиков
Состав стартера (точка входа для начинающих ардуинщиков)


6 комментариев на «“Практическое программирование Arduino/CraftDuino — Генерация звука – пьезоизлучатель”»

  1. А есть какие нибудь готовые мелодии, может кто подскажет? Я в музыке не смыслю ничего, а хотелось чего нить прикольного озвучить.

    • для функции tone() есть целый набор мелодий:

      // A fun sketch to demonstrate the use of the Tone library.
      // By Brett Hagman
      // [email protected]
      // www.roguerobotics.com
      
      // To mix the output of the signals to output to a small speaker (i.e. 8 Ohms or higher),
      // simply use 1K Ohm resistors from each output pin and tie them together at the speaker.
      // Don't forget to connect the other side of the speaker to ground!
      
      // You can get more RTTTL (RingTone Text Transfer Language) songs from
      // http://code.google.com/p/rogue-code/wiki/ToneLibraryDocumentation
      
      #define OCTAVE_OFFSET 0
      #define TONE_PIN 13
      
      #define NOTE_C4  262
      #define NOTE_CS4 277
      #define NOTE_D4  294
      #define NOTE_DS4 311
      #define NOTE_E4  330
      #define NOTE_F4  349
      #define NOTE_FS4 370
      #define NOTE_G4  392
      #define NOTE_GS4 415
      #define NOTE_A4  440
      #define NOTE_AS4 466
      #define NOTE_B4  494
      #define NOTE_C5  523
      #define NOTE_CS5 554
      #define NOTE_D5  587
      #define NOTE_DS5 622
      #define NOTE_E5  659
      #define NOTE_F5  698
      #define NOTE_FS5 740
      #define NOTE_G5  784
      #define NOTE_GS5 831
      #define NOTE_A5  880
      #define NOTE_AS5 932
      #define NOTE_B5  988
      #define NOTE_C6  1047
      #define NOTE_CS6 1109
      #define NOTE_D6  1175
      #define NOTE_DS6 1245
      #define NOTE_E6  1319
      #define NOTE_F6  1397
      #define NOTE_FS6 1480
      #define NOTE_G6  1568
      #define NOTE_GS6 1661
      #define NOTE_A6  1760
      #define NOTE_AS6 1865
      #define NOTE_B6  1976
      #define NOTE_C7  2093
      #define NOTE_CS7 2217
      #define NOTE_D7  2349
      #define NOTE_DS7 2489
      #define NOTE_E7  2637
      #define NOTE_F7  2794
      #define NOTE_FS7 2960
      #define NOTE_G7  3136
      #define NOTE_GS7 3322
      #define NOTE_A7  3520
      #define NOTE_AS7 3729
      #define NOTE_B7  3951
      
      int notes[] = { 0,
      NOTE_C4, NOTE_CS4, NOTE_D4, NOTE_DS4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_FS4, NOTE_G4, NOTE_GS4, NOTE_A4, NOTE_AS4, NOTE_B4,
      NOTE_C5, NOTE_CS5, NOTE_D5, NOTE_DS5, NOTE_E5, NOTE_F5, NOTE_FS5, NOTE_G5, NOTE_GS5, NOTE_A5, NOTE_AS5, NOTE_B5,
      NOTE_C6, NOTE_CS6, NOTE_D6, NOTE_DS6, NOTE_E6, NOTE_F6, NOTE_FS6, NOTE_G6, NOTE_GS6, NOTE_A6, NOTE_AS6, NOTE_B6,
      NOTE_C7, NOTE_CS7, NOTE_D7, NOTE_DS7, NOTE_E7, NOTE_F7, NOTE_FS7, NOTE_G7, NOTE_GS7, NOTE_A7, NOTE_AS7, NOTE_B7
      };
      
      //char *song = "The Simpsons:d=4,o=5,b=160:c.6,e6,f#6,8a6,g.6,e6,c6,8a,8f#,8f#,8f#,2g,8p,8p,8f#,8f#,8f#,8g,a#.,8c6,8c6,8c6,c6";
      //char *song = "Indiana:d=4,o=5,b=250:e,8p,8f,8g,8p,1c6,8p.,d,8p,8e,1f,p.,g,8p,8a,8b,8p,1f6,p,a,8p,8b,2c6,2d6,2e6,e,8p,8f,8g,8p,1c6,p,d6,8p,8e6,1f.6,g,8p,8g,e.6,8p,d6,8p,8g,e.6,8p,d6,8p,8g,f.6,8p,e6,8p,8d6,2c6";
      //char *song = "Entertainer:d=4,o=5,b=140:8d,8d#,8e,c6,8e,c6,8e,2c.6,8c6,8d6,8d#6,8e6,8c6,8d6,e6,8b,d6,2c6,p,8d,8d#,8e,c6,8e,c6,8e,2c.6,8p,8a,8g,8f#,8a,8c6,e6,8d6,8c6,8a,2d6";
      //char *song = "Looney:d=4,o=5,b=140:32p,c6,8f6,8e6,8d6,8c6,a.,8c6,8f6,8e6,8d6,8d#6,e.6,8e6,8e6,8c6,8d6,8c6,8e6,8c6,8d6,8a,8c6,8g,8a#,8a,8f";
      //char *song = "Bond:d=4,o=5,b=80:32p,16c#6,32d#6,32d#6,16d#6,8d#6,16c#6,16c#6,16c#6,16c#6,32e6,32e6,16e6,8e6,16d#6,16d#6,16d#6,16c#6,32d#6,32d#6,16d#6,8d#6,16c#6,16c#6,16c#6,16c#6,32e6,32e6,16e6,8e6,16d#6,16d6,16c#6,16c#7,c.7,16g#6,16f#6,g#.6";
      //char *song = "MASH:d=8,o=5,b=140:4a,4g,f#,g,p,f#,p,g,p,f#,p,2e.,p,f#,e,4f#,e,f#,p,e,p,4d.,p,f#,4e,d,e,p,d,p,e,p,d,p,2c#.,p,d,c#,4d,c#,d,p,e,p,4f#,p,a,p,4b,a,b,p,a,p,b,p,2a.,4p,a,b,a,4b,a,b,p,2a.,a,4f#,a,b,p,d6,p,4e.6,d6,b,p,a,p,2b";
      //char *song = "StarWars:d=4,o=5,b=45:32p,32f#,32f#,32f#,8b.,8f#.6,32e6,32d#6,32c#6,8b.6,16f#.6,32e6,32d#6,32c#6,8b.6,16f#.6,32e6,32d#6,32e6,8c#.6,32f#,32f#,32f#,8b.,8f#.6,32e6,32d#6,32c#6,8b.6,16f#.6,32e6,32d#6,32c#6,8b.6,16f#.6,32e6,32d#6,32e6,8c#6";
      //char *song = "GoodBad:d=4,o=5,b=56:32p,32a#,32d#6,32a#,32d#6,8a#.,16f#.,16g#.,d#,32a#,32d#6,32a#,32d#6,8a#.,16f#.,16g#.,c#6,32a#,32d#6,32a#,32d#6,8a#.,16f#.,32f.,32d#.,c#,32a#,32d#6,32a#,32d#6,8a#.,16g#.,d#";
      //char *song = "TopGun:d=4,o=4,b=31:32p,16c#,16g#,16g#,32f#,32f,32f#,32f,16d#,16d#,32c#,32d#,16f,32d#,32f,16f#,32f,32c#,16f,d#,16c#,16g#,16g#,32f#,32f,32f#,32f,16d#,16d#,32c#,32d#,16f,32d#,32f,16f#,32f,32c#,g#";
      //char *song = "A-Team:d=8,o=5,b=125:4d#6,a#,2d#6,16p,g#,4a#,4d#.,p,16g,16a#,d#6,a#,f6,2d#6,16p,c#.6,16c6,16a#,g#.,2a#";
      //char *song = "Flinstones:d=4,o=5,b=40:32p,16f6,16a#,16a#6,32g6,16f6,16a#.,16f6,32d#6,32d6,32d6,32d#6,32f6,16a#,16c6,d6,16f6,16a#.,16a#6,32g6,16f6,16a#.,32f6,32f6,32d#6,32d6,32d6,32d#6,32f6,16a#,16c6,a#,16a6,16d.6,16a#6,32a6,32a6,32g6,32f#6,32a6,8g6,16g6,16c.6,32a6,32a6,32g6,32g6,32f6,32e6,32g6,8f6,16f6,16a#.,16a#6,32g6,16f6,16a#.,16f6,32d#6,32d6,32d6,32d#6,32f6,16a#,16c.6,32d6,32d#6,32f6,16a#,16c.6,32d6,32d#6,32f6,16a#6,16c7,8a#.6";
      //char *song = "Jeopardy:d=4,o=6,b=125:c,f,c,f5,c,f,2c,c,f,c,f,a.,8g,8f,8e,8d,8c#,c,f,c,f5,c,f,2c,f.,8d,c,a#5,a5,g5,f5,p,d#,g#,d#,g#5,d#,g#,2d#,d#,g#,d#,g#,c.7,8a#,8g#,8g,8f,8e,d#,g#,d#,g#5,d#,g#,2d#,g#.,8f,d#,c#,c,p,a#5,p,g#.5,d#,g#";
      //char *song = "MahnaMahna:d=16,o=6,b=125:c#,c.,b5,8a#.5,8f.,4g#,a#,g.,4d#,8p,c#,c.,b5,8a#.5,8f.,g#.,8a#.,4g,8p,c#,c.,b5,8a#.5,8f.,4g#,f,g.,8d#.,f,g.,8d#.,f,8g,8d#.,f,8g,d#,8c,a#5,8d#.,8d#.,4d#,8d#.";
      //char *song = "MissionImp:d=16,o=6,b=95:32d,32d#,32d,32d#,32d,32d#,32d,32d#,32d,32d,32d#,32e,32f,32f#,32g,g,8p,g,8p,a#,p,c7,p,g,8p,g,8p,f,p,f#,p,g,8p,g,8p,a#,p,c7,p,g,8p,g,8p,f,p,f#,p,a#,g,2d,32p,a#,g,2c#,32p,a#,g,2c,a#5,8c,2p,32p,a#5,g5,2f#,32p,a#5,g5,2f,32p,a#5,g5,2e,d#,8d";
      char *song = "KnightRider:d=4,o=5,b=125:16e,16p,16f,16e,16e,16p,16e,16e,16f,16e,16e,16e,16d#,16e,16e,16e,16e,16p,16f,16e,16e,16p,16f,16e,16f,16e,16e,16e,16d#,16e,16e,16e,16d,16p,16e,16d,16d,16p,16e,16d,16e,16d,16d,16d,16c,16d,16d,16d,16d,16p,16e,16d,16d,16p,16e,16d,16e,16d,16d,16d,16c,16d,16d,16d";
      
      void setup(void)
      {
        Serial.begin(9600);
      }
      
      #define isdigit(n) (n >= '0' && n <= '9')
      
      void play_rtttl(char *p)
      {
        // Absolutely no error checking in here
      
        byte default_dur = 4;
        byte default_oct = 6;
        int bpm = 63;
        int num;
        long wholenote;
        long duration;
        byte note;
        byte scale;
      
        // format: d=N,o=N,b=NNN:
        // find the start (skip name, etc)
      
        while(*p != ':') p++;    // ignore name
        p++;                     // skip ':'
      
        // get default duration
        if(*p == 'd')
        {
          p++; p++;              // skip "d="
          num = 0;
          while(isdigit(*p))
          {
            num = (num * 10) + (*p++ - '0');
          }
          if(num > 0) default_dur = num;
          p++;                   // skip comma
        }
      
        Serial.print("ddur: "); Serial.println(default_dur, 10);
      
        // get default octave
        if(*p == 'o')
        {
          p++; p++;              // skip "o="
          num = *p++ - '0';
          if(num >= 3 && num <=7) default_oct = num;
          p++;                   // skip comma
        }
      
        Serial.print("doct: "); Serial.println(default_oct, 10);
      
        // get BPM
        if(*p == 'b')
        {
          p++; p++;              // skip "b="
          num = 0;
          while(isdigit(*p))
          {
            num = (num * 10) + (*p++ - '0');
          }
          bpm = num;
          p++;                   // skip colon
        }
      
        Serial.print("bpm: "); Serial.println(bpm, 10);
      
        // BPM usually expresses the number of quarter notes per minute
        wholenote = (60 * 1000L / bpm) * 4;  // this is the time for whole note (in milliseconds)
      
        Serial.print("wn: "); Serial.println(wholenote, 10);
      
      
        // now begin note loop
        while(*p)
        {
          // first, get note duration, if available
          num = 0;
          while(isdigit(*p))
          {
            num = (num * 10) + (*p++ - '0');
          }
          
          if(num) duration = wholenote / num;
          else duration = wholenote / default_dur;  // we will need to check if we are a dotted note after
      
          // now get the note
          note = 0;
      
          switch(*p)
          {
            case 'c':
              note = 1;
              break;
            case 'd':
              note = 3;
              break;
            case 'e':
              note = 5;
              break;
            case 'f':
              note = 6;
              break;
            case 'g':
              note = 8;
              break;
            case 'a':
              note = 10;
              break;
            case 'b':
              note = 12;
              break;
            case 'p':
            default:
              note = 0;
          }
          p++;
      
          // now, get optional '#' sharp
          if(*p == '#')
          {
            note++;
            p++;
          }
      
          // now, get optional '.' dotted note
          if(*p == '.')
          {
            duration += duration/2;
            p++;
          }
        
          // now, get scale
          if(isdigit(*p))
          {
            scale = *p - '0';
            p++;
          }
          else
          {
            scale = default_oct;
          }
      
          scale += OCTAVE_OFFSET;
      
          if(*p == ',')
            p++;       // skip comma for next note (or we may be at the end)
      
          // now play the note
      
          if(note)
          {
            Serial.print("Playing: ");
            Serial.print(scale, 10); Serial.print(' ');
            Serial.print(note, 10); Serial.print(" (");
            Serial.print(notes[(scale - 4) * 12 + note], 10);
            Serial.print(") ");
            Serial.println(duration, 10);
            tone(TONE_PIN, notes[(scale - 4) * 12 + note]);
            delay(duration);
            noTone(TONE_PIN);
          }
          else
          {
            Serial.print("Pausing: ");
            Serial.println(duration, 10);
            delay(duration);
          }
        }
      }
      
      void loop(void)
      {
        play_rtttl(song);
        Serial.println("Done.");
        while(1);
      }

Добавить комментарий

Arduino

Что такое Arduino?
Зачем мне Arduino?
Начало работы с Arduino
Для начинающих ардуинщиков
Радиодетали (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Первые шаги с Arduino

Разделы

  1. Преимуществ нет, за исключением читабельности: тип bool обычно имеет размер 1 байт, как и uint8_t. Думаю, компилятор в обоих случаях…

  2. Добрый день! Я недавно начал изучать программирование под STM32 и ваши уроки просто бесценны! Хотел узнать зачем использовать переменную типа…

3D-печать AI Android Arduino Bluetooth CraftDuino DIY IDE iRobot Kinect LEGO OpenCV Open Source Python Raspberry Pi RoboCraft ROS swarm ИК автоматизация андроид балансировать бионика версия видео военный датчик дрон интерфейс камера кибервесна конкурс манипулятор машинное обучение наше нейронная сеть подводный пылесос работа распознавание робот робототехника светодиод сервомашинка собака управление ходить шаг за шагом шаговый двигатель шилд

OpenCV
Робототехника
Будущее за бионическими роботами?
Нейронная сеть - введение