Эксперимент 4. Терменвокс
В этом эксперименте мы имитируем действие музыкального инструмента терменвокс: изменяем высоту звучания бесконтактным путем, больше или меньше закрывая от света фоторезистор.
Оригинальный инструмент был изобретён ещё в 1920 году, Львом Сергеевичем Терменом, человеком с непростой и насыщенной судьбой. А сейчас мы имеем возможность воспроизвести изобретение с помощью нехитрой электроники.
Список деталей для эксперимента
- 1 плата Arduino Uno (или подобная)
- 1 беспаечная макетная плата
- 1 пьезопищалка
- 6 проводов «папа-папа»
- 1 резистор номиналом 10 кОм
- 1 фоторезистор
Обратите внимание
- В данной схеме мы используем резистор нового номинала, посмотрите таблицу маркировки, чтобы найти резистор на 10 кОм или воспользуйтесь мультиметром
- Полярность фоторезистора, как и обычного резистора, не играет роли. Его можно устанавливать любой стороной
- В данном упражнении мы собираем простой вариант схемы включения пьезодинамика
- Полярность пьезопищалки роли не играет: вы можете подключать любую из ее ножек к земле, любую к порту микроконтроллера
- На Arduino Uno использование функции tone мешает использованию ШИМ на 3-м и 11-м портах. Зато можно подключить ее к одному из них
- Вспомните как устроен делитель напряжения: фоторезистор помещается в позицию R2 — между аналоговым входом и землей. Так мы получаем резистивный фотосенсор.
Скетч
p040_thermenvox.ino
// даём имена для пинов с пьезопищалкой (англ. buzzer) и фото-
// резистором (англ. Light Dependent Resistor или просто LDR)
#define BUZZER_PIN 3
#define LDR_PIN A0
void setup()
{
// пин с пьезопищалкой — выход...
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
// ...а все остальные пины являются входами изначально,
// всякий раз при подаче питания или сбросе микроконтроллера.
// Поэтому, на самом деле, нам совершенно необязательно
// настраивать LDR_PIN в режим входа: он и так им является
}
void loop()
{
int val, frequency;
// считываем уровень освещённости так же, как для
// потенциометра: в виде значения от 0 до 1023.
val = analogRead(LDR_PIN);
// рассчитываем частоту звучания пищалки в герцах (ноту),
// используя функцию проекции (англ. map). Она отображает
// значение из одного диапазона на другой, строя пропорцию.
// В нашем случае [0; 1023] -> [3500; 4500]. Так мы получим
// частоту от 3,5 до 4,5 кГц.
frequency = map(val, 0, 1023, 3500, 4500);
// заставляем пин с пищалкой «вибрировать», т.е. звучать
// (англ. tone) на заданной частоте 20 миллисекунд. При
// cледующих проходах loop, tone будет вызван снова и снова,
// и на деле мы услышим непрерывный звук тональностью, которая
// зависит от количества света, попадающего на фоторезистор
tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);
}
Пояснения к коду
- Функция map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) возвращает целочисленное значение из интервала [toLow, toHigh], которое является пропорциональным отображением содержимого value из интервала [fromLow, fromHigh]
- Верхние границы map не обязательно должны быть больше нижних и могут быть отрицательными. К примеру, значение из интервала [1, 10] можно отобразить в интервал [10,-5]
- Если при вычислении значения map образуется дробное значение, оно будет отброшено, а не округлено
- Функция mapне будет отбрасывать значения за пределами указанных диапазонов, а также масштабирует их по заданному правилу.
- Если вам нужно ограничить множество допустимых значений, используйте функцию constrain(value, from, to), которая вернет:
value, если это значение попадает в диапазон [from, to]
from, если value меньше него
to, если value больше него
- Функция tone(pin, frequency, duration) заставляет пьезопищалку, подключенную к порту pin, издавать звук высотой frequency герц на протяжении duration миллисекунд
- Параметр duration не является обязательным. Если его не передать, звук включится навсегда. Чтобы его выключить, вам понадобится функция noTone(pin). Ей нужно передать номер порта с пищалкой, которую нужно выключить
- Одновременно можно управлять только одной пищалкой. Если во время звучания вызвать tone для другого порта, ничего не произойдет.
- Вызов tone для уже звучащего порта обновит частоту и длительность звучания
Вопросы для проверки себя
- Каким сопротивлением должен обладать фоторезистор, чтобы на аналоговый вход было подано напряжение 1 В?
- Можем ли мы регулировать яркость светодиода, подключенного к 11-му порту, во время звучания пьезопищалки?
- Что изменится в работе терменвокса, если заменить резистор на 10 кОм резистором на 100 кОм? Попробуйте ответить без эксперимента. Затем отключите питание, замените резистор и проверьте.
- Каков будет результат вызова map(30,0,90,90,-90)?
- Как будет работать вызов tone без указания длительности звучания?
- Можно ли устроить полифоническое звучание с помощью функции tone?
Задания для самостоятельного решения
- Уберите из программы чтение датчика освещенности и пропищите азбукой Морзе позывной SOS: три точки, три тире, три точки
- Измените код программы так, чтобы с падением освещенности звук становился ниже (например, падал от 5 кГц до 2,5 кГц)
- Измените код программы так, чтобы звук терменвокса раздавался не непрерывно, а 10 раз в секунду с различимыми паузами
<<< Назад
Вперед >>>