Воспроизведение «С днём рождения» в трехголосной полифонии на Arduino Nano — бесконечная мелодия с синхронизацией светодиодов

Компоненты и материалы

• Arduino Nano R3 — 1 шт.

Приложения и сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Демонстрация

Устройство воспроизводит мелодию «С днём рождения» в трёхголосящей полифонии на трёх пьезоизлучателях (buzzer). Питание от любого USB-источника (пауэрбанк, зарядка). Мелодия играет бесконечно — до тех пор, пока вам не надоест. Светодиоды мигают в такт смене нот в каждом голосовом канале.

Схема и монтаж

Вся схема собрана на крошечной макетной плате без пайки. Arduino Nano идеально встаёт в разъёмы платы, оставляя свободные контакты по бокам для подключения компонентов.

Используются три пьезоизлучателя и три светодиода с токоограничивающими резисторами 100 Ом (обычно берут 220 Ом, но 100 Ом тоже работают). «Хитрость»: выводы GND для зуммеров и светодиодов реализованы через цифровые пины Arduino, установленные в LOW — они работают как виртуальная земля.

Центральный зуммер немного больше остальных — изначально планировался для бас-канала, но по факту все три звучат одинаково. Можно использовать три одинаковых зуммера, только нужно скорректировать номера пинов в коде.

О программе

Для одновременного звучания трёх тонов используется библиотека Tone (автор Bhagman). Она задействует аппаратные таймеры и прерывания для псевдо-мультизадачности на одном ядре.

Скачать библиотеку: Tone.zip (при регистрации на Dropbox просто закройте окно). Установка: Sketch → Include Library → Add .ZIP Library….

Ссылки на автора: Профиль, GitHub.

Код довольно объёмный из-за необходимости ручного управления тремя независимыми потоками нот в линейном потоке команд. Рефакторинг планировался, но не выполнен. Код приведён ниже.

Код

Не забудьте установить библиотеку Tone!

#include <Tone.h>

Tone solo;
Tone bass;
Tone rythm;

const int t = 600; // длительность четвертной ноты (мс)
const int tt = t * 2;
const int t14 = round(t * 1 / 4);
const int t24 = round(t * 2 / 4);
const int t34 = round(t * 3 / 4);

const int bassLedPin = 15;  // A1
const int rythmLedPin = 17; // A3
const int soloLedPin = 19;  // A5

void wait(Tone t) { while (t.isPlaying()) { } }

int bassLedState = LOW;
void switchBassLed() { bassLedState = !bassLedState; digitalWrite(bassLedPin, bassLedState); }

int rythmLedState = LOW;
void switchRythmLed() { rythmLedState = !rythmLedState; digitalWrite(rythmLedPin, rythmLedState); }

int soloLedState = LOW;
void switchSoloLed() { soloLedState = !soloLedState; digitalWrite(soloLedPin, soloLedState); }

void setup(void) {
  pinMode(14, OUTPUT); // GND для светодиода баса (A0)
  pinMode(16, OUTPUT); // GND для светодиода ритма (A2)
  pinMode(18, OUTPUT); // GND для светодиода соло (A4)
  pinMode(bassLedPin, OUTPUT);
  pinMode(rythmLedPin, OUTPUT);
  pinMode(soloLedPin, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);  // GND для зуммера соло
  pinMode(9, OUTPUT);  // GND для зуммера ритма
  solo.begin(6);       // сигнальный пин соло
  bass.begin(12);      // сигнальный пин баса
  rythm.begin(0);      // сигнальный пин ритма

  // Вступление: две ноты ре
  solo.play(NOTE_D4, t34); switchSoloLed(); wait(solo);
  solo.play(NOTE_D4, t14); switchSoloLed(); wait(solo);
}

void loop(void) {
  // Весь остальной фрагмент мелодии последовательно играет три голоса
  // с миганием соответствующих светодиодов.
  // Код опущен для краткости — полный листинг в исходнике.
  // Принцип: bass.play(нота, длительность); switchBassLed(); и т.д.
  // wait(rythm) синхронизирует голоса по самому длинному.
}

Примечание: полный листинг очень длинный, в статье приведён только каркас. Скачайте исходный файл для полного кода.