V dalším dílu seriálu věnovaného desce TinyLab si ukážeme, jak se dá využít Piezzo bzučák dostupný na desce.
Co je piezo bzučák
Označení „piezo“ nesou různé součástky, které pro svoji činnost využívají piezzoelektrický jev. O něm Wikipedie uvádí:
Piezoelektrický jev (z řeckého piezein (πιέζειν) – tlačit) je schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování.
Tedy, že některé krystaly mají speciální vlastnost, že když je zmáčkneme, generují elektrické napětí. Toho se využívá například v zapalovačích, kdy krystal generuje elektrickou jiskru. Piezo články nalezneme také v některých snímačích v kytarách.
Tento jev ale funguje i opačně. V tomto případě se nazývá nepřímý piezoelektrický jev. Přivedeme-li na krystal napětí, dochází k jeho deformaci. A toho se využívá právě v piezo bzučácích. Přivedením měnícího se napětí na krystal dochází k jeho střídavému smršťování a rozpínání. Krystal svým pohybem rozpohybovává i okolní částice a vzniká tak zvuková vlna, kterou slyšíme.
Z našeho pohledu to znamená, že musíme pin, ke kterému je bzučák připojen rychle vypínat a zapínat.
Zvuk
Zvuk se prostředím šíří jako kmitání částic. Bzučák svým pohybem částice rozpohybovává, tento pohyb se postupně šíří prostředím, až narazí na bubínek našeho ucha, který je tímto pohybem rozkmitán. A my tyto kmity vnímáme jako zvuk.
U zvuku rozlišujeme několik vlastností. Jsou to například barva, amplituda (hlasitost), frekvence (výška tónu) a další. U piezzo bzučáku na naší desce jsme schopni ovlivnit pouze frekvenci.
Frekvence
Frekvence říká, kolikrát za sekundu dojde ke kmitnutí částic. V našem případě tedy kolikrát za sekundu bzučák zapneme a vypneme.
Jednotkou frekvence je Hz (hertz). Pokud má tón frekvenci 50Hz, znamená to, že se krystal v bzučáku 50x za sekundu roztáhne a smrští.
Právě frekvence od sebe odlišuje různé tóny. Například pro komorní A je stanovena frekvence 440Hz. Tabulku tónů a jejich frekvencí nalezneme například zde.
Generování zvuku na Arduinu
Našim cílem bude přehrát na bzučáku komorní A, tedy tón s frekvencí 440Hz. Prvně musíme zjistit, jak rychle musíme bzučák zapínat a vypínat. Víme, že k zapnutí a vypnutí musí dojít 440x za sekundu. Bzučák stráví v zapnutém a vypnutém stavu vždy stejnou dobu. Dobu mezi jednotlivými zapnutími nazýváme perioda. Tu vypočítáme pomocí následujícího vzorce:
perioda = 1 / frekvence
Nebo také zapsáno fyzikálně:
T = 1 / f
Víme tedy, že v našem případě bude jedna perioda mít přibližně délku
1 / 440 = 0,002272 sekundy = 2272 mikrosekund
Kód bude vypadat tak, že bzučák zapneme, počkáme polovinu periody, bzučák vypneme a počkáme další polovinu periody. A tak pořád dokola.
Velice jednoduchý kód pro generování komorního A by mohl vypadat takto:
#define BZUCAK A1 unsigned int pulPeriody = 1134; void setup() { pinMode(BZUCAK, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(BZUCAK, HIGH); delayMicroseconds(pulPeriody); digitalWrite(BZUCAK, LOW); delayMicroseconds(pulPeriody); }
Na TinyLabu je bzučák připojený k pinu A1 (analogový pin 1), takže nesmíme zapomenout zapnout vypínač u tohoto pinu (označený číslem 5).
Popřípadě pokud chceme periodu dopočítávat až v kódu, bude vypadat takto:
#define BZUCAK A1 unsigned int frekvence = 440; unsigned int perioda = 1000000 / frekvence; // není v sekundách, ale mikrosekundách, proto 1000000 místo 1 unsigned int pulPeriody = perioda / 2; void setup() { pinMode(BZUCAK, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(BZUCAK, HIGH); delayMicroseconds(pulPeriody); digitalWrite(BZUCAK, LOW); delayMicroseconds(pulPeriody); }
Arduino funkce tone
Zapínání a vypínání pinu ručně, jak jsme si předvedli v předchozím příkladu má jednu nevýhodu. Pokud do funkce loop něco přidáme, dojde k jejímu zdržení, perioda se protáhne a místo tónu A máme jiný tón, popřípadě podivný šum.
Naštěstí existuje funkce tone, která za nás generování tónu obstará. Navíc je vytvořena „chytřeji“, než jsme si předvedli, takže ji dlouhotrvající kód v loop nerozhodí.
Funkci tone můžeme použít dvěma způsoby:
- tone(pin, frekvence)
- hraje tón na pinu o dané frekvenci, dokud jej funkcí noTone(pin) nevypneme
- tone(pin, frekvence, trvání)
- Pokud funkci zadáme ještě délku přehrávání tónu (v milisekundách), dojde vypnutí přehrávání tónu po uplynulé době.
Ukažme si tedy použití v obou případech.
#define BZUCAK A1 void setup() { tone(BZUCAK, 440); delay(1000); noTone(BZUCAK); } void loop() {}
A bez delay:
#define BZUCAK A1 void setup() { tone(BZUCAK, 440, 1000); } void loop() {}
Přehrávání melodie
V příkladu na závěr si ukážeme, jak se dá přehrát jednoduchá melodie. Abychom si usnadnili situaci, přidáme si k projektu soubor s definicemi tónů a jejich frekvencí.
V Arduino IDE klikneme na šipku dolů v pravé horní části. A zvolíme možnost Add new tab. Vytvoří se nám nová záložka v IDE, kterou nazveme pitches.h a vložíme do ní následující kód:
#define NOTE_B0 31 #define NOTE_C1 33 #define NOTE_CS1 35 #define NOTE_D1 37 #define NOTE_DS1 39 #define NOTE_E1 41 #define NOTE_F1 44 #define NOTE_FS1 46 #define NOTE_G1 49 #define NOTE_GS1 52 #define NOTE_A1 55 #define NOTE_AS1 58 #define NOTE_B1 62 #define NOTE_C2 65 #define NOTE_CS2 69 #define NOTE_D2 73 #define NOTE_DS2 78 #define NOTE_E2 82 #define NOTE_F2 87 #define NOTE_FS2 93 #define NOTE_G2 98 #define NOTE_GS2 104 #define NOTE_A2 110 #define NOTE_AS2 117 #define NOTE_B2 123 #define NOTE_C3 131 #define NOTE_CS3 139 #define NOTE_D3 147 #define NOTE_DS3 156 #define NOTE_E3 165 #define NOTE_F3 175 #define NOTE_FS3 185 #define NOTE_G3 196 #define NOTE_GS3 208 #define NOTE_A3 220 #define NOTE_AS3 233 #define NOTE_B3 247 #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 #define NOTE_C8 4186 #define NOTE_CS8 4435 #define NOTE_D8 4699 #define NOTE_DS8 4978
Tyto konstanty potom můžeme použít v našem programu tak, že na jeho začátek přidáme řádek #include „pitches.h“. Ukážeme si, jak přehrát stupnici. Úpravou programu ale bude možné zahrát libovolnou stupnici.
#include "pitches.h" #define BZUCAK A1 unsigned int stupnice[] = {NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5}; void setup() { for(int i = 0; i < 8; i++){ tone(BZUCAK, stupnice[i]); delay(1000); } noTone(BZUCAK); } void loop() {}
Úprav se nabízí celá řada. Třeba umožnit různou délku tónu a další. Hodně zajímavý je třeba Imperial March na bzučák:
Vytvořili jste vlastní kód? Pochlubte se v komentářích, nebo na našem fóru arduino-forum.cz.