audio - Arduino - 带 PWM 的蜂鸣器

Question

我正在尝试用蜂鸣器和 Arduino 制作和弦音乐播放器。我在关注 this教程作为指南，但我无法弄清楚。代码就像:

void playTone() {
    long elapsed_time = 0;
    if (tone_ > 0) { // if this isn't a Rest beat, while the tone has 
                     //  played less long than 'duration', pulse speaker HIGH and LOW
        while (elapsed_time < duration) {

            digitalWrite(speakerOut, HIGH);
            delayMicroseconds(tone_ / 2);

            // DOWN
            digitalWrite(speakerOut, LOW);
            delayMicroseconds(tone_ / 2);

            // Keep track of how long we pulsed
            elapsed_time += (tone_);
        }
    }
    else { // Rest beat; loop times delay
        for (int j = 0; j < rest_count; j++) { // See NOTE on rest_count
            delayMicroseconds(duration);
        }
    }
}

void loop() {
    // Set up a counter to pull from melody[] and beats[]
    for (int i = 0; i<MAX_COUNT; i++) {
        tone_ = melody[i];
        beat = beats[i];

        duration = beat * tempo; // Set up timing

        playTone();
        // A pause between notes...
        delayMicroseconds(pause);

    }
}

我被困在“digitalWrite(speakerOut，HIGH)；”线。好的，在我调用 playTone 函数之前，我设置了“tone_ = melody[i];”但是在函数中我们只在延迟函数中使用它。

我的问题是它是如何跟随旋律排列的？基于此，我将再添加一个蜂鸣器并由另一个阵列控制它，但现在我无能为力......

Answer 1

我看到你的困惑，因为你的程序被阻塞(只是循环延迟)你不能并行添加更多的旋律。解决方案是将代码重写为 非阻塞 接口(interface)使用定时器/计数器 和迭代过程。为简单起见，我们假设简单的数字 1 位声音。为了确保后者的复音，我们需要有 PWM，以便我们可以将更多 channel 添加在一起。

让我们从单音开始

对于每个声道，您需要存储实际状态，例如:

音段T [T] 其中T = ftimer/ftone

音调 PWM 周期中的实际时间 t [T] 其中0 <= t <= T

音幅A [-] 或音量应为 A <= T/2

扬声器状态 on (开/关)

其中 [T] 表示某个计时器/计数器的周期，它将通过(采样率)将所有值转换为整数来更新。现在你只需创建一些 update该函数将从某个定时器以足够高的频率定期调用，并将决定扬声器的状态(开/关)。

旋律

只需添加一些计数器 n [T] 表示当前音调应该播放多少个周期。在 update减少它，如果它达到零，从你的旋律表中获取新的音调。因此，您还需要添加一些索引，您的旋律中当前正在播放哪个音调。

复调

好吧，您可以通过 HW 通过线或连接更多数字引脚(每个 channel 一个)来实现它。但这也可以通过 SW 方式实现。只需通过 on 将每个 channel 逻辑地添加在一起每个值应该 channel 在一起并通过其结果(A|B)设置扬声器。那工作，但输出质量不是很好。更好的是使用算术加法(A+B)并将结果用作输出的 PWM，该输出具有用于音调合成的采样频率的一些倍数。



您也可以使用 DAC 代替 PWM ...

我不为 ARDUINO 编码，所以我不能分享完整的代码。但是在我的 AVR32 上，C/C++ 代码如下所示:

//---------------------------------------------------------------------------
#ifndef _music_h
#define _music_h
//---------------------------------------------------------------------------
#ifdef VCL_H
#define U8 BYTE
#define U16 WORD
#define U32 DWORD
#endif
//---------------------------------------------------------------------------
//#define _music_shifted_notes
//---------------------------------------------------------------------------
// volume
#define music_A  5
// max channels
#define music_sys_T 3
// _music update freq
#define music_f  ftim0/music_sys_T
//---------------------------------------------------------------------------
// music frequency 100*f [Hz], C_0 means C#0, P means pause
//---------------------------------------------------------------------------
#define P   0

#ifdef _music_shifted_notes
// musics data shifted frequencies C4 -> C1
#define C1  26163
#define C_1 27718
#define D1  29366
#define D_1 31113
#define E1  32963
#define F1  34923
#define F_1 36999
#define G1  39200
#define G_1 41530
#define A1  44000
#define A_1 46616
#define B1  49388

#define C2  52325
#define C_2 55437
#define D2  58733
#define D_2 62225
#define E2  65925
#define F2  69846
#define F_2 73999
#define G2  78399
#define G_2 83061
#define A2  88000
#define A_2 93233
#define B2  98777

#define C3  104650
#define C_3 110873
#define D3  117466
#define D_3 124451
#define E3  131851
#define F3  139691
#define F_3 147998
#define G3  156798
#define G_3 166122
#define A3  176000
#define A_3 186466
#define B3  197553

#define C4  209300
#define C_4 221746
#define D4  234932
#define D_4 248902
#define E4  263702
#define F4  279383
#define F_4 295996
#define G4  313596
#define G_4 332244
#define A4  352000
#define A_4 372931
#define B4  395107
#else
// real note frequuencies
#define C0  1635
#define C_0 1732
#define D0  1835
#define D_0 1945
#define E0  2060
#define F0  2183
#define F_0 2312
#define G0  2450
#define G_0 2596
#define A0  2750
#define A_0 2914
#define B0  3087

#define C1  3270
#define C_1 3465
#define D1  3671
#define D_1 3889
#define E1  4120
#define F1  4365
#define F_1 4625
#define G1  4900
#define G_1 5191
#define A1  5500
#define A_1 5827
#define B1  6174

#define C2  6541
#define C_2 6930
#define D2  7342
#define D_2 7778
#define E2  8241
#define F2  8731
#define F_2 9250
#define G2  9800
#define G_2 10383
#define A2  11000
#define A_2 11654
#define B2  12347

#define C3  13081
#define C_3 13859
#define D3  14683
#define D_3 15556
#define E3  16481
#define F3  17461
#define F_3 18500
#define G3  19600
#define G_3 20765
#define A3  22000
#define A_3 23308
#define B3  24694

#define C4  26163
#define C_4 27718
#define D4  29366
#define D_4 31113
#define E4  32963
#define F4  34923
#define F_4 36999
#define G4  39200
#define G_4 41530
#define A4  44000
#define A_4 46616
#define B4  49388

#define C5  52325
#define C_5 55437
#define D5  58733
#define D_5 62225
#define E5  65925
#define F5  69846
#define F_5 73999
#define G5  78399
#define G_5 83061
#define A5  88000
#define A_5 93233
#define B5  98777

#define C6  104650
#define C_6 110873
#define D6  117466
#define D_6 124451
#define E6  131851
#define F6  139691
#define F_6 147998
#define G6  156798
#define G_6 166122
#define A6  176000
#define A_6 186466
#define B6  197553

#define C7  209300
#define C_7 221746
#define D7  234932
#define D_7 248902
#define E7  263702
#define F7  279383
#define F_7 295996
#define G7  313596
#define G_7 332244
#define A7  352000
#define A_7 372931
#define B7  395107

#define C8  418601
#define C_8 443492
#define D8  469863
#define D_8 497803
#define E8  527404
#define F8  558765
#define F_8 591991
#define G8  627193
#define G_8 664488
#define A8  704000
#define A_8 745862
#define B8  790213
#endif

#define H0  B0
#define H1  B1
#define H2  B2
#define H3  B3
#define H4  B4
#define H5  B5
#define H6  B6
#define H7  B7
#define H8  B8
#define H_0 B_0
#define H_1 B_1
#define H_2 B_2
#define H_3 B_3
#define H_4 B_4
#define H_5 B_5
#define H_6 B_6
#define H_7 B_7
#define H_8 B_8
//---------------------------------------------------------------------------
// music tempo delays [ms]
//---------------------------------------------------------------------------
#define T32   62
#define T20  100
#define T16  125
#define T10  200
#define T9   222
#define T8   250
#define T7   285
#define T6   333
#define T5   400
#define T4   500
#define T3   666
#define T2  1000
#define T1  2000
//---------------------------------------------------------------------------
typedef struct 
    {
    U32 T,t,n,on;
    U32 *melody;
    } _music;
//---------------------------------------------------------------------------
void music_play(_music *m,U32 *melody)
    {
    m->melody=melody;
    m->t=0;
    m->T=0;
    m->on=0;
    m->n=1;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void music_stop(_music *m)
    {
    m->melody=NULL;
    m->t=0;
    m->T=0;
    m->on=0;
    m->n=1;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void music_update(_music *m)
    {
    if (m->melody==NULL) { m->on=0; return; } 
    m->n--; if (!m->n)
        {
        U32 x;                      
        m->T=m->melody[0]; m->melody++; 
        if (m->T) m->T=(100*music_f)/m->T;
        if (m->melody==NULL) { m->on=0; return; }
        m->n=(m->melody[0]*music_f)/1000; m->melody++;
        m->on=1; m->t=0;
        if (m->n==0) m->melody=NULL;
        }   
    m->t++; if (m->t==m->T){ m->on=1; m->t=0; }
            if (m->t==music_A) m->on=0;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void music_sys_init(_music *m,int n)
    {
    for (int i=0;i<n;i++) music_stop(m+i);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void music_sys_update(_music *m,int n,U32 pin)
    {
    static U32 t=0,A=0;
    int i;
    t++;
    if (t==music_sys_T)
        { 
        t=0; A=0;
        for (i=0;i<n;i++) 
            {
            music_update(m+i);
            if (m[i].on) A++;
            }
        if (A) gpio_set_gpio_pin(pin); 
        }
    if (t==A) gpio_clr_gpio_pin(pin);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
#endif
//--------------------------------------------------------------------------- 

所以我只有一些 _music 的数组代表我所有的 channel 并调用 music_sys_update在某些定时器中为他们提供频率 ftim0我正在使用 ftim0=200000 [赫兹]。

#include "music.h"
#define music_channels 2    
volatile _music music[music_channels];

const U32 music_data[]= // melody (frequency [0.01*Hz],duration [ms])
    {
    C5 ,400,D5 ,400,E5 ,400,C5 ,400,
    C5 ,400,D5 ,400,E5 ,400,C5 ,400,
    E5 ,400,F5 ,400,G5 ,800,E5 ,400,F5 ,400,G5 ,800,
    G5 ,200,A5 ,200,G5 ,200,F5 ,200,E5 ,400,C5 ,400,
    G5 ,200,A5 ,200,G5 ,200,F5 ,200,E5 ,400,C5 ,400,
    C5 ,400,G4 ,400,C5 ,800,
    C5 ,400,G4 ,400,C5 ,800,
    0,0, // end of melody
    };

// this do once for init 
music_sys_init(music,music_channels);
// this starts playback on channel 0
music_play(&music[0],music_data);

// this should be inside timer but also blocking loop like this would do:
for (;;)
    {
    music_sys_update(music,music_channels,sound_pin);
    wait 1000000/ftim0 [us]
    }

所以只需将其移植到您的环境中并玩得开心:) ...