Pojďme programovat elektroniku: Naučíme Arduino zpívat

  • Dnes proměníme elektrické pulzy ve zvuk
  • Připojíme jednoduchý piezoměnič
  • A zahrajeme si písničku

Už jsme pomocí arduin a některých dalších mikropočítačů ovládali infračerveným signálem stropní klimatizaci, rozblikávali z webového prohlížeče diodu nebo třeba ovládali reálný čas pomocí modulu RTC s vlastní malou baterií.

Dnes se podíváme na jeden ze základních smyslů každého živého tvora, naučíme totiž arduino vyluzovat zvuk. Když se podíváte na eBay (jen zopakuji, že eBay používám jako jakýsi referenční ceník i pro ostatní asijské e-shopy), najdete v jeho nabídce nepřeberné množství kompletních zvukových modulů se vším všudy.

Je libo MP3 přehrávač nebo třeba FM rádio?

Arduino v takovém případě slouží spíše jen jako ovladač, ale nikoliv jako samotný zpracovatel zvuku. Typickým příkladem jsou třeba drobné destičky DFPlayer Mini v ceně okolo stovky, které obsahují slot na paměťovou kartu s nahrávkami, čip zvukového dekodéru, který si poradí s MP3, WMA i WAV, a nakonec i audio jack připojení sluchátek.

Klepněte pro větší obrázek
eBay je plný modulů MP3 přehrávače včetně slotu pro SD

Svého času uměl každý bastlíř postavit z drobných elektrických komponent rádio. Doba se ale mění, stejně jako v případě MP3 přehrávače tak na eBay seženete nespočet modulů již hotových FM přijímačů TEA5767 včetně antény. I v tomto případě platí, že arduino bude zpravidla skrze sběrnici I2C ovládat jen nastavení přijímací frekvence a o zbytek se již zcela samostatně postará drobný modul o velikosti větší mince.

Klepněte pro větší obrázek
Modul FM rádia

Prask, prask, prask

Pokud jsem však v úvodu zmínil, že dnes naučíme arduino vyluzovat zvuk, myslel jsem tím opravdu zvuk sám o sobě – primitivní elektrické pulzy, které se pak v reproduktoru nebo velkém počítači promění v tón připomínající bzučáky na základních deskách starých počítačů.

Nejprve si připomeňme, co je to vlastně tón. Napoví Wikipedie:

„Za tón je v akustice považován každý zvuk se stálou frekvencí. V hudbě je tón základním stavebním kamenem.“

Abychom rozkmitali membránu reproduktoru, musíme do ní tedy poslat elektrický signál s určitou frekvencí. V našem seriálu Pojďme programovat elektroniku jsme již mnohokrát použili funkci digitalWrite, která na daný pin pošle buď silný, nebo slabý elektrický signál.

Když bych tedy na pin 8 připojil třeba červenou LED diodu a napsal příkaz digitalWrite(8, HIGH), obvod bude pod dostatečným napětím a LED dioda se rozsvítí. Když naopak napíšu digitalWrite(8, LOW), napětí klesne a dioda zhasne.

Klepněte pro větší obrázek
Piezoměnič poslouží jako jednoduchý bzučák s hlasitostí okolo 90 dB

Pokud bych na piny 8 a GND namísto LED diody připojil třeba jednoduchý reproduktor – piezoměnič, který seženete v každém českém elektroobchodě za pár desetikorun, mohl bych pak ve smyčce napsat třeba tento kód:

digitalWrite(8, HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(8, LOW);
delayMicroseconds(20000);

Bzučákem tedy bude po dobu 100 mikrosekund procházet elektrický proud, který dostatečně vychýlí membránu, aby vytvořila zvukovou vlnu. Vše se projeví hlasitým prasknutím. Následovat bude 20ms pauza a vše se zopakuje.

Klepněte pro větší obrázek
Bzučák připojený k Arduino UNO

Kdybych délku elektrického pulzu zkrátil třeba na 10 mikrosekund, membrána se nestačí pořádně vychýlit, takže vytvoří slabší zvukovou vlnu. Opět se ozve prasknutí, ale bude tišší. Délkou pulzu tedy mohu ovládat hlasitost.

Praskání se mění v tón

Jak jsem však napsal výše, budu tyto čtyři řádky kódu opakovat ve smyčce stále dokola, takže neuslyším jedno prasknutí, ale rovnou 50 prasknutí za sekundu. To je již dostatečná rychlost k tomu, aby lidský sluch přestal rozlišovat jednotlivé prodlevy, a rychlý praskot si vyloží jako relativně souvislý zvuk – tón s frekvencí asi 50 Hz.

Takový tón c malé oktávy má frekvenci 130,8 Hz, čili stačí zkrátit prodlevu mezi elektrickými pulzy, abych dosáhl této rychlosti, a postupně si mohu zahrát celou stupnici.

Vše usnadní funkce tone

V případě Arduina se o toto citlivé časování jednotlivých pulzů nemusíme příliš starat, k dispozici totiž máme dvě funkce tone a noTone.

Kdybych tedy chtěl vyloudit výše zmíněné c, stačí napsat třeba:

tone(8,131);
delay(5000);
noTone(8);

Pokud bude na pinu 8 stále připojený třeba jednoduchý piezoměnič, vyloudí pět sekund trvající tón c.

No a to už jsme na dobré cestě k tomu, abychom si skutečně zapípali nějakou souvislejší melodii. Třeba tuto z jednoho z mnoha příkladů na webu arduino.cc.

Pojďme se tedy opět podívat na komentovaný kód, jak by to mohlo celé fungovat.

/*
Nejprve si nadefinujeme zakladni tony a jejich frekvence pro nasi melodii.
*/

#define c 261
#define d 294
#define e 329
#define f 349 
#define g 392
#define a 440 
#define h 493 
#define C 523

// Pole po sobe jdoucich tonu nasi melodie
int melodieTony[] = {C, h, g, C, h, e, C, c, g, a, C};

// Doby jednotlivych tonu
int melodieDoby[] = {16, 16, 16, 8, 8, 16, 16, 16, 16, 8, 8};

// Tempo (cim vyssi hodnota, tim delsi budou doby jednotlivych tonu a melodie tahlejsi)
int tempo = 3;

// Funkce, ktera projde obe pole a postupne vygeneruje elektricke pulzy pro reproduktor
void zahrajZnelku(){
 for(int i = 0; i < sizeof(melodieTony)/2; i++){
 tone(9, melodieTony[i]);
 delay(melodieDoby[i] * tempo * 10);
 }
 noTone(9);
}

// Nic nenastavujeme, takze setup bude tentokrat prazdny
void setup(){}

// Zahraj melodii, pockej 10 sekund a vse opakuj
void loop(){
 zahrajZnelku();
 delay(10000);
}

Primitivní bzučák tedy bez problému vyloudí poměrně hlasitou melodii a ve spojení s naším předchozím dílem, ve kterém jsem se věnoval RTC hodinám, by mohl třeba sloužit jako jednoduchý zvukový budík.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Namísto bzučáku modul audio jacku a jednoduchý zvukový čip AY-3-8910A , na který se podíváme příště

Zároveň můžete bzučák vyměnit za modul audio jacku a Arduino pak připojit třeba k reprobedýnkám. To už by si ale zasloužilo nějaký zajímavější zvuk. A na něj se podíváme v dalším pokračování, z dalekého východu totiž dorazila další žlutá obálka, ve které se skrýval jednoduchý zvukový čip AY-3-8910A. Příště si tedy uděláme poctivou osmibitovou diskotéku.

Témata článku: Hardware, Pojďme programovat elektroniku, Programování, Arduino, Puls, Pulse, Delay, Arduino Uno, GME, FM Radio

2 komentáře

Nejnovější komentáře

  • miser 31. 10. 2016 3:50:59
    Tento seriál jsem dlouho ignoroval žijíce v domnění, že je to sice na...
  • Slizzard 30. 10. 2016 23:00:03
    Hurá, díky Kubovi se stanou všechny soutěže jako "československo má hlas"...
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 56

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 112

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 13

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

** David si nedokáže představit práci bez dvou a více monitorů ** Kubovi naopak stačí jeden a ve více displejích se ztrácí ** Jaký přístup je lepší?

23.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59

Brněnské soudy daly stop Uberu. Je to dobře, nebo krok zpět?

Brněnské soudy daly stop Uberu. Je to dobře, nebo krok zpět?

** Před několika měsíci začal Uber nabízet své služby i v Brně ** Nyní ale narazil, soudům se to totiž nelíbí ** Má sdílená ekonomika dostat zelenou?

22.  4.  2017 | Jakub Čížek | 28


Aktuální číslo časopisu Computer

Supertéma: moderní cestování

Kdy opravdu přijdou nové baterie?

Velké testy: 6 herních notebooků a 8 volantů

Recenze: AMD Ryzen řady 5