数字制造讲义07-Arduino声音应用

(本系列为 00 在星海音乐学院的课程讲义)

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上一节课，我们练习如何在不同软硬件设备（手机、Max、Arduino、Ableton Live）中传输 MIDI 和 OSC 数据。这些都是用软件发出声音。

这周我们继续通过实际的例子，学习如何用硬件发出声音。

挑战1：让蜂鸣器发声

蜂鸣器是啥？

简单来说，它是一种一体化结构的电子讯响器，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中，作发声器件。

蜂鸣器又可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。

它们的区别是什么？要如何区分呢？

有源蜂鸣器内部集成有震荡源，只要提供直流电源就可以发声。无源蜂鸣器没有集成震荡源，需要接在音频输出电路中才可以发声。
无源蜂鸣器通的电路板通常是裸露的（如上图右），有源蜂鸣器的电路通常被黑胶覆盖
更精确的判断方法，用万用表电阻档 Rxl 档测试：用黑表笔接蜂鸣器 “+”引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω（或16Ω）的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。

下面我们用到的是无源蜂鸣器。

在电路中连接蜂鸣器不需要增加额外的电阻，所以接线十分简单。在 Arduino 程序中，使用 tone 函数来指定蜂鸣器的频率和持续时间：

int buzzerPin = 9;

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

void loop() {
  tone(buzzerPin, 440, 500);
  delay(1000);
}

挑战2：蜂鸣器发出交替的报警声

完成挑战 1，我们已经基本理解蜂鸣器和 tone() 函数如何工作了。

在修改代码之前，建议在官方文档中查看 tone() 和 noTone() 的详细说明。

Syntax

tone(pin, frequency)
tone(pin, frequency, duration)

Parameters

pin: the pin on which to generate the tone
frequency: the frequency of the tone in hertz - unsigned int
duration: the duration of the tone in milliseconds (optional) - unsigned long

这个挑战只需要在代码上做一些调整，就可以实现双音高交替的报警器效果。

int buzzerPin = 9;

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

void loop() {
  tone(buzzerPin, 440, 500);
  delay(1000);
  tone(buzzerPin, 880, 500);
  delay(1000);
}

tone() 的第二个参数是音高的频率，我们把第一个音高设为 440，第二个音高设为 880，它们各持续 500 毫秒，中间有 1 秒的间隔。这样就形成了双音高的警报声。

挑战3：用按键触发声音

现在我们有了可以发出不同音高的蜂鸣器。接着我们做一个按钮控制发声的小应用。

接线中使用的元件包括：蜂鸣器，按钮，220Ω 和 10kΩ 电阻。

代码如下：

int button_pin = A0;
int buzzer_pin = 8;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(button_pin, INPUT);
  pinMode(buzzer_pin, OUTPUT);
}

void loop() {
  int buttonState = digitalRead(button_pin);
  Serial.println(buttonState);
  if (buttonState == HIGH) {
    tone(8, 440, 200);
  }
  delay(50);
}

在上面的练习中，建议大家一定要动手画电路图、从 0 开始写代码，并且对代码加上必要的注释。这些训练能帮助我们更快熟悉和应用所学的知识。越早练习，才可以越早简化一些步骤。

在练习中一定会越到这样那样的错误，比如元件正负极一不小心就接反了，比如 Arduino 上传程序时总是出错，甚至有时候不正确的接线烧坏了元件。

错误是学习中最宝贵的机会，它提醒我们「此处有知识薄弱点」或者「步骤可完善的地方」。详细记录步骤，本身就是发现和解决问题很好的方法。把错误们储蓄起来，时不时拿出来复习，就能减少错误发生，提高熟练程度和准确度。

所以，多动手，早犯错，乐于在错误中寻找成长的路径，是可以伴随我们一路的好方法。