08. Мерзкое пианино

В этом эксперименте мы создаем маленькую клавиатуру, на которой можно сыграть несколько нот.

Прочтите перед выполнением

• Кнопка

Список деталей для эксперимента

• 1 плата Arduino Uno
• 1 беспаечная макетная плата
• 1 пьезопищалка
• 3 тактовых кнопки
• 3 резистора номиналом 10 кОм
• 10 проводов «папа-папа»

Для дополнительного задания

• еще 2 кнопки
• еще 2 резистора номиналом 10 кОм
• еще 2 провода

Принципиальная схема

Схема на макетке

Обратите внимание

• Ножки тактовой кнопки, расположенные с одной стороны, разомкнуты, когда кнопка не нажата. Ножки, расположенные друг напротив друга на противоположных сторонах макетки находятся на одной «рельсе». Воспользовавшись этим, мы можем расположить резистор с одной стороны макетки, а провод, подключаемый к порту Arduino, с другой стороны.
• В данном эксперименте мы подключаем кнопки по схеме с подтягивающим резистором.
• Для того, чтобы данный вариант программы работал, важно, чтобы кнопки были подключены к портам, находящимся рядом друг с другом, т.е. имеющим соседние номера.

Скетч

p080_dumb_piano.ino

#define BUZZER_PIN    13 // пин с пищалкой (англ. «buzzer»)

#define FIRST_KEY_PIN 7  // первый пин с клавишей (англ. «key»)

#define KEY_COUNT     3  // общее количество клавиш

void setup()

{

  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);

}

void loop()

{

  // в цикле бежим по всем номерам кнопок от 0-го по 2-й

  for (int i = 0; i < KEY_COUNT; ++i) {

    // на основе номера кнопки вычисляем номер её пина

    int keyPin = i + FIRST_KEY_PIN;

    // считываем значение с кнопки. Возможны всего 2 варианта:

    //  * высокий сигнал, 5 вольт, истина — кнопка отпущена

    //  * низкий сигнал, земля, ложь — кнопка зажата

    boolean keyUp = digitalRead(keyPin);

    // проверяем условие «если не кнопка отпущена». Знак «!»

    // перед булевой переменной означает отрицание, т.е. «не».

    if (!keyUp) {

      // рассчитываем высоту ноты в герцах в зависимости от

      // клавиши, которую рассматриваем на данном этапе цикла.

      // Мы получим значение 3500, 4000 или 4500

      int frequency = 3500 + i * 500;

      // Заставляем пищалку пищать с нужной частотой в течение

      // 20 миллисекунд. Если клавиша останется зажатой, пищалка

      // вновь зазвучит при следующем проходе loop, а мы услышим

      // непрерывный звук

      tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);

    }

  }

}

Пояснения к коду

• Благодаря тому, что в начале программы мы определили FIRST_KEY_PIN и KEY_COUNT, мы можем подключать произвольное количество кнопок к любым идущим друг за другом цифровым пинам, и для корректировки программы нам не придется менять параметры цикла for. Изменить понадобится лишь эти константы:
  • цикл в любом случае пробегает от 0 до KEY_COUNT;
  • перед считыванием порта мы задаем смещение на номер первого используемого порта — FIRST_KEY_PIN.
• Функция digitalRead(pin) возвращает состояние порта, номер которого передан ей параметром pin. Это может быть состояние HIGH или LOW. Или, выражаясь иначе: высокое напряжение или низкое, 1 или 0, true или false
• Поскольку мы получаем с порта одно из двух состояний, мы сохраняем его в переменную уже знакомого нам типа boolean, и можем работать с ней как с логическим значением.
• Мы используем логический оператор отрицания «не» !. Если keyUp имеет значение 0, выражение !keyUp будет иметь значение 1 и наоборот.
• Поскольку мы собрали схему с подтягивающим резистором, при нажатии кнопки мы будем получать на соответствующем порте 0.
• Действия, описанные в условном выражении if, выполняются, когда его условие имеет значение «истина» (единица). Поэтому для выполнения действия по нажатию, мы инвертируем сигнал с кнопки.

Вопросы для проверки себя

1. Почему мы не настраивали порты, к которым подключены кнопки, как INPUT, но устройство работает?
2. Каким образом мы избежали написания отдельного когда для чтения каждой кнопки?
3. Почему разные «ноты», издаваемые пищалкой, звучат с разной громкостью?
4. Для чего мы использовали оператор логического отрицания !?

Задания для самостоятельного решения

1. Сделайте так, чтобы наше пианино звучало в диапазоне от 2 кГц до 5 кГц.
2. Добавьте еще 2 кнопки и измените программу так, чтобы можно было извлечь 5 различных нот.