Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства

Динамики, как и двигатели, которые мы рассмотрели в предыдущей главе, используют электромагниты для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение. Внимательно исследуйте металлическую деталь на задней стенке динамика. Заметили что-то необычное? К ней прилипают металлические предметы, потому что это магнит. Все станет понятно, если посмотреть на рис. 5.2, иллюстрирующий устройство динамика.

Перед постоянным магнитом размещена звуковая катушка. Когда вы подаете на нее электрический сигнал синусоидальной формы (или меандр, в случае Arduino), переменный ток создает магнитное поле, которое заставляет звуковую катушку перемещать диффузор вверх и вниз. Эти возвратно-поступательные движения заставляют вибрировать диффузор, и из динамика раздается звук.

5.3. Использование функции tone() для генерации звуков

В Arduino IDE есть встроенная функция для генерации звуков произвольной частоты. Функция tone() формирует меандр с заданной частотой и выдает его на выбранный вами выходной контакт Arduino.

- 111 -

Рис. 5.2. Устройство динамика

Аргументы tone():

• первый аргумент устанавливает номер контакта Arduino для генерации волны;

• второй аргумент задает частоту сигнала;

• третий (необязательный) аргумент определяет продолжительность звучания;

• если этот аргумент не установлен, звук продолжается до тех пор, пока не вызвана функция noTone().

Функция tone() взаимодействует с одним из аппаратных таймеров контроллера ATmega, поэтому ее можно вызвать и продолжать работать с Arduino, а звук будет играть в фоновом режиме.

В следующих разделах вы узнаете, как создавать произвольные звуковые последовательности. Вы можете подать звуковой сигнал функцией tone() в ответ на различные события (нажатие кнопок, получение определенных значений с датчиков расстояния, акселерометров и т. д.). В конце главы мы расскажем, как создать простое пятикнопочное пианино.

5.4. Включение файла заголовка

Когда дело доходит до воспроизведения музыкальных звуков, полезно создать заголовочный файл, определяющий частоты для музыкальных нот. Это делает программу более понятной при составлении простых музыкальных мелодий. Те, кто знаком с нотными знаками, знают, что ноты обозначаются буквами. В Arduino IDE есть специальный файл, содержащий значения частот для всех нот. Не ищите его в каталогах, а просто зайдите на сайт www.exploringarduino.com/content/ch5 и

- 112 -

скачайте на рабочий стол. Затем в Arduino IDE создайте пустой новый файл. Как вы, наверное, заметили, Arduino IDE создает новый файл внутри папки с одноименным названием. Добавляя в эту папку новые файлы, вы можете включать их в свою программу, в результате код будет лучше структурирован. Скопируйте файл pitches.h, сохраненный на рабочем столе, в папку, созданную Arduino IDE, для нового проекта. Теперь заново откройте в Arduino IDE этот файл. Обратите внимание на две вкладки (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Окно Arduino IDE с двумя вкладками заголовочных файлов

Перейдите на вкладку pitches.h, чтобы увидеть содержимое файла. Обратите внимание, что это всего лишь список операторов определений, которые задают соответствие названий нот и значений частот. Чтобы использовать эти определения при компиляции программы для Arduino, необходимо сообщить компилятору, где искать данный файл. Сделать это легко. Просто добавьте соответствующую строку кода в начало файла *.ino:

#include "pitches.h"

Для компилятора это, по существу, то же самое, что копирование и вставка содержимого файла заголовка в начало основного файла. Тем не менее, код становится аккуратнее и проще для чтения. В следующих разделах, при написании программ рекомендуем использовать данный заголовочный файл для определения высоты тона (частоты ноты).

5.5. Подключение динамика

Теперь, когда включен файл заголовка для нот, можно собрать схему и написать программу, которая будет воспроизводить звуки. Электрическая схема очень проста - нужно лишь соединить динамик с выходными контактами Arduino. Однако при подключении необходимо помнить о токоограничивающих резисторах.

- 113 -

Рис. 5.4. Схема включения динамика и регулятора громкости

Рис. 5.5. Монтажная схема подключения динамика

- 114 -

Так же, как и при подключении светодиодов, необходимо поставить токоограничивающий резистор последовательно с динамиком. В предыдущих главах упоминалось, что каждый вывод Arduino может выдать ток не более 40 мА. Внутреннее сопротивление нашего динамика равно 8 Ом (как и для большинства имеющихся в продаже динамиков). Это сопротивление обмоток провода, которые составляют электромагнит. Напомним, что закон Ома гласит U = I·R. Выходное напряжение для вывода Arduino 5 В и ток не должен превышать 40 мА. Отсюда определяем, что минимальное сопротивление должно быть R = 5 В/40 мА = 125 Ом. Поскольку сопротивление динамика 8 Ом, то минимальное сопротивление токоограничивающего резистора получается 125 - 8 = 117 Ом. Ближайший номинал резистора 150 Ом.