如何使用Arduino構(gòu)建一架小而有趣的鋼琴

Arduino對(duì)于不是電子背景的人來(lái)說是一個(gè)福音，可以輕松構(gòu)建東西。這是一個(gè)很棒的原型工具，或者嘗試一些很酷的東西，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用 Arduino 構(gòu)建一架小而有趣的鋼琴。這架鋼琴非常簡(jiǎn)單，只有8個(gè)按鈕和蜂鳴器。它使用Arduino的tone（）函數(shù)在揚(yáng)聲器上創(chuàng)建各種類型的鋼琴音符。為了給它增添趣味，我們?cè)陧?xiàng)目中添加了錄音功能，這使我們能夠播放一首曲子，并在需要時(shí)重復(fù)播放。聽起來(lái)很有趣吧??！所以讓我們開始建設(shè)吧。

所需材料：

Arduino Uno

16 * 2液晶顯示器

蜂鳴器

修剪器 10k

單刀雙擲開關(guān)

按鈕 （8 否）

電阻器 （10k， 560R， 1.5k， 2.6k， 3.9， 5.6k， 6.8k， 8.2k， 10k）

面包板

連接線

電路圖：

完整的Arduino鋼琴項(xiàng)目可以構(gòu)建在帶有一些連接線的面包板上。使用弗里茨制作的電路圖顯示了項(xiàng)目的試驗(yàn)板視圖，如下所示

只需按照電路圖并相應(yīng)地連接電線，按鈕和蜂鳴器與PCB模塊一起使用，但在實(shí)際硬件中，我們只使用了開關(guān)和蜂鳴器，它不應(yīng)該讓您感到困惑，因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤愋偷囊_輸出。您還可以參考下面的硬件圖像進(jìn)行連接。

左起電阻值按以下順序排列，10k、560R、1.5k、2.6k、3.9、5.6k、6.8k、8.2k 和 10k。如果您沒有相同的DPST開關(guān)，則可以使用普通的撥動(dòng)開關(guān)，如上面的電路圖所示?，F(xiàn)在讓我們看看項(xiàng)目的原理圖，以了解為什么我們進(jìn)行了以下連接。

原理圖和解釋：

上面顯示的電路圖原理圖如下，也是使用Fritzing制作的。

我們必須了解的一個(gè)主要連接是我們?nèi)绾瓮ㄟ^模擬A8引腳將8個(gè)按鈕連接到Arduino?；旧衔覀冃枰?8 個(gè)輸入引腳，可以連接到 8 個(gè)輸入按鈕，但對(duì)于這樣的項(xiàng)目，我們不能將微控制器的 8 個(gè)引腳僅用于按鈕，因?yàn)槲覀兛赡苄枰鼈児┮院笫褂?。在我們的例子中，我們有?a target="_blank">接口的LCD顯示器。

因此，我們使用Arduino的模擬引腳，并形成具有不同電阻值的電位分壓器來(lái)完成電路。這樣，當(dāng)按下每個(gè)按鈕時(shí)，將向模擬引腳提供不同的模擬電壓。下面顯示了僅具有兩個(gè)電阻和兩個(gè)按鈕的示例電路。

在這種情況下，當(dāng)按鈕未按下時(shí)，ADC引腳將接收+5V，如果按下第一個(gè)按鈕，則電位分壓器通過560R電阻完成，如果按下第二個(gè)按鈕，則使用1.5k電阻競(jìng)爭(zhēng)電位分壓器。這樣，ADC引腳接收到的電壓將根據(jù)分壓器的公式而變化。如果您想了解更多關(guān)于分壓器的工作原理以及如何計(jì)算ADC引腳接收到的電壓值，則可以使用此電位分壓器計(jì)算器頁(yè)面。

除此之外，所有連接都是直截了當(dāng)?shù)模琇CD 連接到引腳 8、9、10、11 和 12。蜂鳴器連接到引腳 7，SPDT 開關(guān)連接到 Arduino 的引腳 6。整個(gè)項(xiàng)目通過筆記本電腦的USB端口供電。您還可以通過直流插孔將Arduino連接到9V或12V電源，項(xiàng)目仍將正常工作。

了解 Arduino 的Tone（）函數(shù)：

Arduino有一個(gè)方便的tone（）函數(shù)，可用于生成不同的頻率信號(hào)，這些信號(hào)可用于使用蜂鳴器產(chǎn)生不同的聲音。因此，讓我們了解該功能的工作原理以及如何將其與Arduino一起使用。

在此之前，我們應(yīng)該知道壓電蜂鳴器的工作原理.我們可能在我們學(xué)校了解過壓電晶體， 它只不過是一種將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的晶體，反之亦然.在這里，我們應(yīng)用一個(gè)可變的電流（頻率），晶體振動(dòng)從而產(chǎn)生聲音。因此，為了使壓電蜂鳴器產(chǎn)生一些噪音，我們必須使壓電晶體振動(dòng)，噪聲的音調(diào)和音調(diào)取決于晶體振動(dòng)的速度.因此，可以通過改變電流頻率來(lái)控制音調(diào)和音高。

好的，那么我們?nèi)绾螐腁rduino獲得可變頻率呢？這就是音調(diào)（）函數(shù)的用武之地。音調(diào)（）可以在特定引腳上生成特定頻率。如果需要，也可以提及持續(xù)時(shí)間。音調(diào) （） 的語(yǔ)法是

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 (optional1) – unsigned long

引腳的值可以是您的任何數(shù)字引腳。我在這里使用了引腳 8?？梢陨傻念l率取決于Arduino板中計(jì)時(shí)器的大小。對(duì)于UNO和大多數(shù)其他常見板，可以產(chǎn)生的最小頻率為31Hz，可以產(chǎn)生的最大頻率為65535Hz。然而，我們?nèi)祟愔荒苈牭?000Hz到5000Hz之間的頻率。

在Arduino上彈奏鋼琴音調(diào)：

好的，在我開始這個(gè)話題之前，讓我明確一點(diǎn)，我是一個(gè)音符或鋼琴的新手，所以如果這個(gè)標(biāo)題下提到的任何內(nèi)容都是胡言亂語(yǔ)，請(qǐng)?jiān)徫摇?/p>

我們現(xiàn)在知道我們可以使用 Arduino 中的音調(diào)功能來(lái)產(chǎn)生一些聲音，但是我們?nèi)绾问褂孟嗤囊粽{(diào)來(lái)播放特定音符的音調(diào)。幸運(yùn)的是，有一個(gè)名為“pitches.h”的圖書館，由Brett Hagman編寫。該庫(kù)包含有關(guān)哪個(gè)頻率等同于鋼琴上哪個(gè)音符的所有信息。我很驚訝這個(gè)圖書館實(shí)際上可以很好地工作并演奏鋼琴上的幾乎每個(gè)音符，我用同樣的東西來(lái)彈奏加勒比海盜、瘋狂青蛙、馬里奧甚至泰坦尼克號(hào)的鋼琴音符，它們聽起來(lái)很棒。哎呀！我們?cè)谶@里有點(diǎn)偏離主題，所以如果你對(duì)此感興趣，請(qǐng)查看使用Arduino項(xiàng)目播放旋律。您還可以在該項(xiàng)目中找到有關(guān)pitches.h庫(kù)的更多解釋。

我們的項(xiàng)目只有 8 個(gè)按鈕，因此每個(gè)按鈕只能播放一個(gè)特定的音符，因此我們總共只能播放 8 個(gè)音符。我選擇了鋼琴上最常用的音符，但是您可以選擇任何8個(gè)，甚至可以使用更多按鈕擴(kuò)展項(xiàng)目并添加更多音符。

此項(xiàng)目中選擇的音符是音符 C4、D4、E4、F4、G4、A4、B4 和 C5，可以分別使用按鈕 1 到 8 演奏。

對(duì) Arduino 進(jìn)行編程：

足夠的理論讓我們進(jìn)入Arduino編程的有趣部分。完整的Arduino程序在本頁(yè)末尾給出，如果您渴望或進(jìn)一步閱讀以了解代碼的工作原理，您可以跳下來(lái)。

在我們的Arduino程序中，我們必須從引腳A0讀取模擬電壓，然后預(yù)測(cè)按下了哪個(gè)按鈕并播放該按鈕的相應(yīng)音調(diào)。在執(zhí)行此操作時(shí)，我們還應(yīng)該記錄用戶按下了哪個(gè)按鈕以及他/她按下了多長(zhǎng)時(shí)間，以便我們可以重新創(chuàng)建用戶稍后播放的音調(diào)。

在進(jìn)入邏輯部分之前，我們必須聲明我們將演奏哪 8 個(gè)音符。然后從 pitches.h 庫(kù)中獲取音符的相應(yīng)頻率，然后形成如下所示的數(shù)組。這里演奏音符C4的頻率是262，依此類推。

int notes[] = {262, 294, 330, 349, 392, 440, 494, 523}; // Set frequency for C4, D4, E4, F4, G4, A4, B4,

接下來(lái)我們必須提到LCD顯示器連接到哪些引腳。如果您遵循上面給出的完全相同的原理圖，則無(wú)需在此處更改任何內(nèi)容。

const int rs = 8, en = 9, d4 = 10, d5 = 11, d6 = 12, d7 = 13; //Pins to which LCD is connected

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

接下來(lái)，在我們的設(shè)置功能中，我們只需初始化LCD模塊和串行監(jiān)視器以進(jìn)行調(diào)試。我們還會(huì)顯示介紹消息，以確保事情按計(jì)劃進(jìn)行。接下來(lái)，在主循環(huán)函數(shù)中，我們有兩個(gè) while 循環(huán)。

只要將SPDT開關(guān)放置在錄制更多內(nèi)容中，就會(huì)執(zhí)行一個(gè)while循環(huán)。在錄制模式下，用戶可以支付所需的音調(diào)，同時(shí)正在播放的音調(diào)也將保存。所以 while 循環(huán)如下所示

while (digitalRead(6) == 0) //If the toggle switch is set in recording mode { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Recording.."); lcd.setCursor(0, 1); Detect_button(); Play_tone(); }

您可能已經(jīng)注意到，我們?cè)?while 循環(huán)中有兩個(gè)函數(shù)。第一個(gè)函數(shù)Detect_button（） 用于查找用戶按下的按鈕，第二個(gè)函數(shù)Play_tone（）用于播放相應(yīng)的音調(diào)。除了這個(gè)函數(shù)之外，Detect_button（） 函數(shù)還記錄按下了哪個(gè)按鈕，Play_tone（） 函數(shù)記錄按下了多長(zhǎng)時(shí)間。

在Detect_button（）函數(shù)中，我們從引腳 A0 讀取模擬電壓，并將其與一些預(yù)定義的值進(jìn)行比較，以找出按下了哪個(gè)按鈕。該值可以通過使用上面的分壓器計(jì)算器或使用串行監(jiān)視器檢查每個(gè)按鈕讀取的模擬值來(lái)確定。

void Detect_button()

{

analogVal = analogRead(A0); //read the analog voltag on pin A0

pev_button = button; //remember the previous button pressed by the user

if (analogVal < 550)

button = 8;

if (analogVal < 500)

button = 7;

if (analogVal < 450)

button = 6;

if (analogVal < 400)

button = 5;

if (analogVal < 300)

button = 4;

if (analogVal < 250)

button = 3;

if (analogVal < 150)

button = 2;

if (analogVal < 100)

button = 1;

if (analogVal > 1000)

button = 0;

/****Rcord the pressed buttons in a array***/

if (button != pev_button && pev_button != 0)

{

recorded_button[button_index] = pev_button;

button_index++;

recorded_button[button_index] = 0;

button_index++;

}

/**End of Recording program**/

}

如前所述，在此功能中，我們還記錄按下按鈕的順序。記錄的值存儲(chǔ)在名為 recorded_button[] 的數(shù)組中。我們首先檢查是否按下了新按鈕，如果按下，我們還檢查它是否不是按鈕 0。其中按鈕 0 什么都沒有，但沒有按下按鈕。在 if 循環(huán)中，我們將值存儲(chǔ)在變量 button_index 給出的索引位置上，然后我們還增加此索引值，這樣我們就不會(huì)在同一位置過度寫入。

/****Rcord the pressed buttons in a array***/

if (button != pev_button && pev_button != 0)

{

recorded_button[button_index] = pev_button;

button_index++;

recorded_button[button_index] = 0;

button_index++;

}

/**End of Recording program**/

在Play_tone（）函數(shù)中，我們將使用多個(gè) if 條件播放按下按鈕的相應(yīng)音調(diào)。我們還將使用一個(gè)名為 recorded_time[] 的數(shù)組，在其中我們將保存按下按鈕的持續(xù)時(shí)間。該操作類似于記錄按鈕序列，我們使用 millis（） 函數(shù)來(lái)確定每個(gè)按鈕被按下了多長(zhǎng)時(shí)間，也是為了減小變量的大小，我們將值除以 10。對(duì)于按鈕 0，這意味著用戶沒有按下任何內(nèi)容，我們?cè)谙嗤某掷m(xù)時(shí)間內(nèi)沒有播放任何音調(diào)。函數(shù)內(nèi)的完整代碼如下所示。

void Play_tone()

{

/****Rcord the time delay between each button press in a array***/

if (button != pev_button)

{

lcd.clear(); //Then clean it

note_time = (millis() - start_time) / 10;

recorded_time[time_index] = note_time;

time_index++;

start_time = millis();

}

/**End of Recording program**/

if (button == 0)

{

noTone(7);

lcd.print("0 -> Pause..");

}

if (button == 1)

{

tone(7, notes[0]);

lcd.print("1 -> NOTE_C4");

}

if (button == 2)

{

tone(7, notes[1]);

lcd.print("2 -> NOTE_D4");

}

if (button == 3)

{

tone(7, notes[2]);

lcd.print("3 -> NOTE_E4");

}

if (button == 4)

{

tone(7, notes[3]);

lcd.print("4 -> NOTE_F4");

}

if (button == 5)

{

tone(7, notes[4]);

lcd.print("5 -> NOTE_G4");

}

if (button == 6)

{

tone(7, notes[5]);

lcd.print("6 -> NOTE_A4");

}

if (button == 7)

{

tone(7, notes[6]);

lcd.print("7 -> NOTE_B4");

}

if (button == 8)

{

tone(7, notes[7]);

lcd.print("8 -> NOTE_C5");

}

}

最后，在錄制后，用戶必須將DPST切換到另一個(gè)方向才能播放錄制的音調(diào)。完成此操作后，程序?qū)⒚撾x上一個(gè) while 循環(huán)并進(jìn)入第二個(gè) while 循環(huán)，我們按照按下的按鈕順序播放音符，持續(xù)時(shí)間為先前錄制的持續(xù)時(shí)間。執(zhí)行相同操作的代碼如下所示。

while (digitalRead(6) == 1) //If the toggle switch is set in Playing mode

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Now Playing..");

for (int i = 0; i < sizeof(recorded_button) / 2; i++)

{

delay((recorded_time[i]) * 10); //Wait for before paying next tune

if (recorded_button[i] == 0)

noTone(7); //user dint touch any button

else

tone(7, notes[(recorded_button[i] - 1)]); //play the sound corresponding to the button touched by the user

}

}

}

播放，錄制，重播和重復(fù)！:

按照所示電路圖制作硬件，并將代碼上傳到Arduino板及其顯示的時(shí)間。將SPDT置于錄制模式并開始播放您選擇的音調(diào)，按下每個(gè)按鈕將產(chǎn)生不同的音調(diào)。在此模式下，LCD將顯示“正在錄制...”，在第二行，您將看到當(dāng)前正在按下的筆記的名稱，如下所示

播放完音調(diào)后，將SPDT開關(guān)切換到另一側(cè)，液晶屏應(yīng)顯示“正在播放....”，然后開始播放剛剛播放的音調(diào)。只要撥動(dòng)開關(guān)保持在下圖所示的位置，就會(huì)一遍又一遍地播放相同的音調(diào)。

/*

Arduino based Piano and Record and play option

Code by: B. Aswinth Raj

Dated: 22-05-2017

*/


#include


int notes[] = {262, 294, 330, 349, 392, 440, 494, 523}; // Set frequency for C4, D4, E4, F4, G4, A4, B4, C5



const int rs = 8, en = 9, d4 = 10, d5 = 11, d6 = 12, d7 = 13; //Pins to which LCD is connected

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);


char button = 0;

int analogVal;

char REC = 0;


int recorded_button[200];

int pev_button;


int recorded_time [200];

char time_index;


char button_index = 0;


unsigned long start_time;

int note_time;



void setup() {


Serial.begin(9600);

pinMode (6, INPUT);


lcd.begin(16, 2); //We are using a 16*2 LCD display

lcd.print("Arduino Piano"); //Display a intro message

lcd.setCursor(0, 1); // set the cursor to column 0, line 1

lcd.print("-CircuitDigest"); //Display a intro message


delay(2000); //Wait for display to show info

lcd.clear(); //Then clean it


}





void loop()

{


while (digitalRead(6) == 0) //If the toggle switch is set in recording mode

{

lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Recording..");

lcd.setCursor(0, 1);


Detect_button();

Play_tone();

}




while (digitalRead(6) == 1) //If the toggle switch is set in Playing mode

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Now Playing..");


for (int i = 0; i < sizeof(recorded_button) / 2; i++)

{

delay((recorded_time[i]) * 10); //Wait for before paying next tune


if (recorded_button[i] == 0)

noTone(7); //user dint touch any button

else

tone(7, notes[(recorded_button[i] - 1)]); //play the sound corresponding to the button touched by the user

}

}

}





void Detect_button()

{

analogVal = analogRead(A0); //read the analog voltag on pin A0


pev_button = button; //remember the previous button pressed by the user


if (analogVal < 550)

button = 8;


if (analogVal < 500)

button = 7;


if (analogVal < 450)

button = 6;


if (analogVal < 400)

button = 5;


if (analogVal < 300)

button = 4;


if (analogVal < 250)

button = 3;


if (analogVal < 150)

button = 2;


if (analogVal < 100)

button = 1;


if (analogVal > 1000)

button = 0;




/****Rcord the pressed buttons in a array***/

if (button != pev_button && pev_button != 0)

{

recorded_button[button_index] = pev_button;

button_index++;

recorded_button[button_index] = 0;

button_index++;

}

/**End of Recording program**/

}



void Play_tone()

{


/****Rcord the time delay between each button press in a array***/

if (button != pev_button)

{

lcd.clear(); //Then clean it

note_time = (millis() - start_time) / 10;


recorded_time[time_index] = note_time;

time_index++;


start_time = millis();

}

/**End of Recording program**/


if (button == 0)

{

noTone(7);

lcd.print("0 -> Pause..");

}


if (button == 1)

{

tone(7, notes[0]);

lcd.print("1 -> NOTE_C4");

}


if (button == 2)

{

tone(7, notes[1]);

lcd.print("2 -> NOTE_D4");

}


if (button == 3)

{

tone(7, notes[2]);

lcd.print("3 -> NOTE_E4");

}


if (button == 4)

{

tone(7, notes[3]);

lcd.print("4 -> NOTE_F4");

}


if (button == 5)

{

tone(7, notes[4]);

lcd.print("5 -> NOTE_G4");

}


if (button == 6)

{

tone(7, notes[5]);

lcd.print("6 -> NOTE_A4");

}


if (button == 7)

{

tone(7, notes[6]);

lcd.print("7 -> NOTE_B4");

}


if (button == 8)

{

tone(7, notes[7]);

lcd.print("8 -> NOTE_C5");

}

}