模組介紹 : faya蜂鳴器模組

學習目標 : 認識faya蜂鳴器模組的功能及使用方式
學習時間 : 50min
示範模組 : (1) fayaduino UNO
                 (2) faya 電源底板
                 (3) faya蜂鳴器模組
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)


====================功能介紹====================
faya 蜂鳴器模組擁有1個數位輸入埠BZ，只要給他規律的頻率，就能輸出對應的音頻，規律的頻率可利用Arduino中的tone()函式達成

• 當輸入nHz的頻率至BZ埠時，蜂鳴器產生nHz的音頻
• tone(腳位, 頻率, 輸出時間-微秒)

註1 : NC埠代表 No Connection，沒有作用
註2 : 蜂鳴器廠商大多在表面貼一張貼紙，降低輸出音量，使用者可視情況撕下 

 

下表為常見用的音頻頻率，Arduino將8個音階的頻率定義在pitches.h 檔裏，可參考範例程式

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

蜂鳴器種類有壓電式和電磁式兩種，依驅動方式有可分為自激和他激式，以下兩個連結有非常詳細的說明與比較:

壓電式和電磁式蜂鳴器的比較
自激與他激式蜂鳴器的差別

faya蜂鳴器模組採用的蜂鳴器是他激-電磁式蜂鳴器，因此體積較小，但需要外部的方波訊號讓蜂鳴器產生音頻，這部分的工作就交給Arduino了，也是我們本文討論的重點。fayalab還有另一款[數位式蜂鳴器模組]，採用的是自激-壓電式的蜂鳴器，大家可以參考連結文章。

模組電路很單純，方波訊號由BZ埠輸入經放大後推動蜂鳴器，產生和方波同樣頻率的音頻

由於蜂鳴器屬於電感式負載，電晶體經輸入方波切換時會因為楞次定律產生逆電壓，此時需要並聯一顆二極體 (fly black diode)，消除逆電流，不然對電晶體會造成損害，解釋於下圖中:

Qon : 輸入方波High周期，電晶體導通，電流方向往下流 ，負載上的電壓上正下負。(下圖左)
Qff: 方波進入Low周期，電晶體截止瞬間，負載上的電壓因楞次效應變成上負下正，此時如果沒有對地迴路，正端的電壓會穿透半導體空乏區產生對地的電流，造成電晶體損壞，因此我們增加一個二極體讓電流往Vcc回流。(下圖中、右)

===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1) 利用tone函示讓蜂鳴器產生3秒鐘的Do

接線:
(1) 電源線連接
     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版

(2) 訊號線連接
      Arduino_8    ===>  蜂鳴器_BZ

範例程式:

	// 2017/5/13
	// Faya-Nugget 範例程式 (EMBuzzer_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya蜂鳴器模組
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/faya_11.html
	// 目標 (1) 利用tone函示讓蜂鳴器產生3秒鐘的Do
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// 8 ==> BZ (蜂鳴器模組)
	// 蜂鳴器腳位設定
	int Buzzer_Pin_BZ = 8;
	void setup()
	{
	pinMode(Buzzer_Pin_BZ,OUTPUT);
	tone(Buzzer_Pin_BZ,523,3000);
	}
	void loop() {
	}

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備註:
- 第一個範例很簡單，我們呼叫tone()函式，並填入腳位、頻率、時間。

範例結果:
成功上傳後蜂鳴器就會發出3秒鐘的第5階Do(C5)音，很直覺的結果，這邊就不提供錄影檔了!

 ===================範例實作(2)===================
目標:
(1) 建立一C5到C6的音階陣列
(2) 利用tone函示重複撥每個音階，每個音長度0.5秒，間隔0.2秒

接線:
和上一範例相同，無須更改

範例程式:

	// 2017/5/13
	// Faya-Nugget 範例程式 (EMBuzzer_2.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya蜂鳴器模組
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/faya_11.html
	// 目標 (1) 建立一C5到C6的音階陣列
	// (2) 利用tone函示重複撥放每個音階，每個音長度0.5秒，間隔0.2秒
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// 8 ==> BZ (蜂鳴器模組)
	// 蜂鳴器腳位設定
	int Buzzer_Pin_BZ = 8;
	int C5notes[8] = {523, 587, 659, 698, 784, 880, 988, 1047};
	void setup()
	{
	pinMode(Buzzer_Pin_BZ,OUTPUT);
	}
	void loop() {
	for(int i=0; i<=7; i++)
	{
	tone(Buzzer_Pin_BZ, C5notes[i], 500); // 播放C5,D5,E5,F5,G5,A5,B5,C6,各0.5秒
	delay(200); // 每個音間隔0.2秒
	}
	}

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備註:
- 這個範例我們把tone()程式從setup{ }區塊裡挪到loop{ }區塊，這樣loop{ }區塊裡面的程式就會一直重複執行。
- L21~L25利用for迴圈，輪流撥放C5notes[]陣列內的八個音階

範例結果:

===================範例實作(3)===================
目標:
(1) 利用Arduino所提供的pitch.h音階列表，撥放小星星

接線:
和上一範例相同，無須更改

範例程式:

	// 2017/5/13
	// Faya-Nugget 範例程式 (EMBuzzer_3.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya蜂鳴器模組
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/faya_11.html
	// 目標 (1) 利用Arduino所提供的pitch.h音階列表，撥放小星星
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// 8 ==> BZ (蜂鳴器模組)
	#include "pitches.h"
	// 蜂鳴器腳位設定
	int Buzzer_Pin_BZ = 8;
	//小星星的音階
	int star[]={NOTE_C4,NOTE_C4,NOTE_G4,NOTE_G4,NOTE_A4,NOTE_A4,NOTE_G4, \
	NOTE_F4,NOTE_F4,NOTE_E4,NOTE_E4,NOTE_D4,NOTE_D4,NOTE_C4, \
	NOTE_G4,NOTE_G4,NOTE_F4,NOTE_F4,NOTE_E4,NOTE_E4,NOTE_D4, \
	NOTE_G4,NOTE_G4,NOTE_F4,NOTE_F4,NOTE_E4,NOTE_E4,NOTE_D4, \
	NOTE_C4,NOTE_C4,NOTE_G4,NOTE_G4,NOTE_A4,NOTE_A4,NOTE_G4, \
	NOTE_F4,NOTE_F4,NOTE_E4,NOTE_E4,NOTE_D4,NOTE_D4,NOTE_C4};
	//每個音階的長度
	int beat[]={4,4,4,4, 4,4,2, \
	4,4,4,4, 4,4,2, \
	4,4,4,4, 4,4,2, \
	4,4,4,4, 4,4,2, \
	4,4,4,4, 4,4,2, \
	4,4,4,4, 4,4,2};
	void setup()
	{
	pinMode(Buzzer_Pin_BZ,OUTPUT);
	}
	void loop() {
	for(int i=0; i<=41; i++)
	{
	int duration = 1000/beat[i];
	tone(Buzzer_Pin_BZ, star[i], duration); // 播放C5,D5,E5,F5,G5,A5,B5,C6,各0.5秒
	int pauseBetweenNote=duration * 1.15;
	delay(pauseBetweenNote); // 每個音間隔0.2秒
	}
	}

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	/*************************************************
	* Public Constants
	*************************************************/
	#define NOTE_B0 31
	#define NOTE_C1 33
	#define NOTE_CS1 35
	#define NOTE_D1 37
	#define NOTE_DS1 39
	#define NOTE_E1 41
	#define NOTE_F1 44
	#define NOTE_FS1 46
	#define NOTE_G1 49
	#define NOTE_GS1 52
	#define NOTE_A1 55
	#define NOTE_AS1 58
	#define NOTE_B1 62
	#define NOTE_C2 65
	#define NOTE_CS2 69
	#define NOTE_D2 73
	#define NOTE_DS2 78
	#define NOTE_E2 82
	#define NOTE_F2 87
	#define NOTE_FS2 93
	#define NOTE_G2 98
	#define NOTE_GS2 104
	#define NOTE_A2 110
	#define NOTE_AS2 117
	#define NOTE_B2 123
	#define NOTE_C3 131
	#define NOTE_CS3 139
	#define NOTE_D3 147
	#define NOTE_DS3 156
	#define NOTE_E3 165
	#define NOTE_F3 175
	#define NOTE_FS3 185
	#define NOTE_G3 196
	#define NOTE_GS3 208
	#define NOTE_A3 220
	#define NOTE_AS3 233
	#define NOTE_B3 247
	#define NOTE_C4 262
	#define NOTE_CS4 277
	#define NOTE_D4 294
	#define NOTE_DS4 311
	#define NOTE_E4 330
	#define NOTE_F4 349
	#define NOTE_FS4 370
	#define NOTE_G4 392
	#define NOTE_GS4 415
	#define NOTE_A4 440
	#define NOTE_AS4 466
	#define NOTE_B4 494
	#define NOTE_C5 523
	#define NOTE_CS5 554
	#define NOTE_D5 587
	#define NOTE_DS5 622
	#define NOTE_E5 659
	#define NOTE_F5 698
	#define NOTE_FS5 740
	#define NOTE_G5 784
	#define NOTE_GS5 831
	#define NOTE_A5 880
	#define NOTE_AS5 932
	#define NOTE_B5 988
	#define NOTE_C6 1047
	#define NOTE_CS6 1109
	#define NOTE_D6 1175
	#define NOTE_DS6 1245
	#define NOTE_E6 1319
	#define NOTE_F6 1397
	#define NOTE_FS6 1480
	#define NOTE_G6 1568
	#define NOTE_GS6 1661
	#define NOTE_A6 1760
	#define NOTE_AS6 1865
	#define NOTE_B6 1976
	#define NOTE_C7 2093
	#define NOTE_CS7 2217
	#define NOTE_D7 2349
	#define NOTE_DS7 2489
	#define NOTE_E7 2637
	#define NOTE_F7 2794
	#define NOTE_FS7 2960
	#define NOTE_G7 3136
	#define NOTE_GS7 3322
	#define NOTE_A7 3520
	#define NOTE_AS7 3729
	#define NOTE_B7 3951
	#define NOTE_C8 4186
	#define NOTE_CS8 4435
	#define NOTE_D8 4699
	#define NOTE_DS8 4978

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備註:
- L10: 將Arduino內建的 "pitches.h"檔案中內建了每個音符的音階(含升降音)，記得把這個檔案和範例檔案(EMBuzzer_3.ino)放在同一個資料夾。
- 每個音符需要有音階(發出哪個頻率)和音長(多久時間)資訊，才能完整的撥放一個音，我們建立了兩個陣列，star[ ]和beat[ ]分別存放小星星的音階和每個音階的音長資訊，在L40行的時候一個一個輪流讀取放到tone()函式撥放。

範例結果:

我們在這篇範例裡面從一個音開始，一步一步的引導到讓蜂鳴器唱一首歌，希望大家未來能善用蜂鳴器模組，讓自己的作品更生動!

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