1.2.2 パッシブブザー

前書き

このレッスンでは、パッシブブザーで音楽を再生する方法を学習する。

部品

_images/list_1.2.2.png

回路図

この実験では、トランジスタを保護するために、トランジスタのベースとGPIOの間にパッシブブザー、PNPトランジスタ、および1k抵抗器を使用する。

GPIO17に異なる周波数が与えられると、パッシブブザーは異なる音を出す。このようにして、ブザーは音楽を再生する。

_images/image333.png

実験手順

ステップ1: 回路を作る。

_images/image106.png

C言語ユーザー向け

ステップ2: ディレクトリを変更する。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.2.2/

ステップ3:

gcc 1.2.2_PassiveBuzzer.c -lwiringPi

ステップ4: 実行。

sudo ./a.out

コードが実行されると、ブザーが音楽を再生する。

注釈

If it does not work after running, or there is an error prompt: "wiringPi.h: No such file or directory", please refer to Cコードが機能していませんか?.

コード

#include <wiringPi.h>
#include <softTone.h>
#include <stdio.h>

#define BuzPin    0

#define  CL1  131
#define  CL2  147
#define  CL3  165
#define  CL4  175
#define  CL5  196
#define  CL6  221
#define  CL7  248

#define  CM1  262
#define  CM2  294
#define  CM3  330
#define  CM4  350
#define  CM5  393
#define  CM6  441
#define  CM7  495

#define  CH1  525
#define  CH2  589
#define  CH3  661
#define  CH4  700
#define  CH5  786
#define  CH6  882
#define  CH7  990

int song_1[] = {CM3,CM5,CM6,CM3,CM2,CM3,CM5,CM6,CH1,CM6,CM5,CM1,CM3,CM2,
                CM2,CM3,CM5,CM2,CM3,CM3,CL6,CL6,CL6,CM1,CM2,CM3,CM2,CL7,
                CL6,CM1,CL5};

int beat_1[] = {1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,
                1,1,1,1,1,1,3};


int song_2[] = {CM1,CM1,CM1,CL5,CM3,CM3,CM3,CM1,CM1,CM3,CM5,CM5,CM4,CM3,CM2,
                CM2,CM3,CM4,CM4,CM3,CM2,CM3,CM1,CM1,CM3,CM2,CL5,CL7,CM2,CM1
                };

int beat_2[] = {1,1,1,3,1,1,1,3,1,1,1,1,1,1,3,1,1,1,2,1,1,1,3,1,1,1,3,3,2,3};

int main(void)
{
    int i, j;
    if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }

    if(softToneCreate(BuzPin) == -1){
        printf("setup softTone failed !");
        return 1;
    }

    while(1){
        printf("music is being played...\n");
        delay(100);
        for(i=0;i<sizeof(song_1)/4;i++){
            softToneWrite(BuzPin, song_1[i]);
            delay(beat_1[i] * 500);
        }

        for(i=0;i<sizeof(song_2)/4;i++){
            softToneWrite(BuzPin, song_2[i]);
            delay(beat_2[i] * 500);
        }
    }

    return 0;
}

コードの説明

#define  CL1  131
#define  CL2  147
#define  CL3  165
#define  CL4  175
#define  CL5  196
#define  CL6  221
#define  CL7  248

#define  CM1  262
#define  CM2  294

各音の周波数は以下のように示している。CL-低音、CM-中音、CH-高音、1~7は音C、D、E、F、G、A、Bに対応する。

int song_1[] = {CM3,CM5,CM6,CM3,CM2,CM3,CM5,CM6,CH1,CM6,CM5,CM1,CM3,CM2,
                CM2,CM3,CM5,CM2,CM3,CM3,CL6,CL6,CL6,CM1,CM2,CM3,CM2,CL7,
                CL6,CM1,CL5};
int beat_1[] = {1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,1,3,1,1,3,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,
                1,1,1,1,1,1,3};

配列song_1 []は曲の楽譜を保存する。beat_1[]は曲の各音符の拍を表す(1拍ごとに0.5秒)。

if(softToneCreate(BuzPin) == -1){
        printf("setup softTone failed !");
        return 1;

これにより、ソフトウェア制御のトーンピンが作成される。任意のGPIOピンを使用でき、ピンの番号は使用したwiringPiSetup()関数の番号になる。成功した場合の戻り値は0である。それ以外の場合は、グローバル変数errnoをチェックして、何が問題なのかを確認する必要がある。

for(i=0;i<sizeof(song_1)/4;i++){
    softToneWrite(BuzPin, song_1[i]);
    delay(beat_1[i] * 500);
}

song_1を再生するためにfor statementを使用する。

判断条件 i<sizeof(song_1)/4 では、 配列song_1 []は整数のデータ型の配列であり、各要素は4拍を占有するため、「devide by 4」が使用されている。

song_1の要素の数(音符の数)は、sizeof(song_4)を4で割ることによって得られる。

各音符を拍* 500msで再生できるようにするには、関数delay(beat_1 [i] * 500)が呼び出される。

softToneWrite(BuzPin、song_1 [i])のプロトタイプ:

void softToneWrite (int pin, int freq);

これにより、指定されたピンのトーン周波数値が更新される。周波数を0に設定するまで、トーンの再生は停止しない。

Python言語ユーザー向け

ステップ2:ディレクトリを変更する。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

ステップ3:実行する。

sudo python3 1.2.2_PassiveBuzzer.py

コードが実行されると、ブザーが音楽を再生する。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 できます。 ただし、その前に、 davinci-kit-for-raspberry-pi/python のようなソースコードパスに移動する必要があります。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

Buzzer = 11

CL = [0, 131, 147, 165, 175, 196, 211, 248]         # Frequency of Bass tone in C major

CM = [0, 262, 294, 330, 350, 393, 441, 495]         # Frequency of Midrange tone in C major

CH = [0, 525, 589, 661, 700, 786, 882, 990]         # Frequency of Treble tone in C major

song_1 = [  CM[3], CM[5], CM[6], CM[3], CM[2], CM[3], CM[5], CM[6], # Notes of song1
            CH[1], CM[6], CM[5], CM[1], CM[3], CM[2], CM[2], CM[3],
            CM[5], CM[2], CM[3], CM[3], CL[6], CL[6], CL[6], CM[1],
            CM[2], CM[3], CM[2], CL[7], CL[6], CM[1], CL[5] ]

beat_1 = [  1, 1, 3, 1, 1, 3, 1, 1,                         # Beats of song 1, 1 means 1/8 beat
            1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1,
            1, 3, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
            1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
            1, 1, 3 ]

song_2 = [  CM[1], CM[1], CM[1], CL[5], CM[3], CM[3], CM[3], CM[1], # Notes of song2
            CM[1], CM[3], CM[5], CM[5], CM[4], CM[3], CM[2], CM[2],
            CM[3], CM[4], CM[4], CM[3], CM[2], CM[3], CM[1], CM[1],
            CM[3], CM[2], CL[5], CL[7], CM[2], CM[1]        ]

beat_2 = [  1, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 2,                         # Beats of song 2, 1 means 1/8 beat
            1, 1, 2, 2, 1, 1, 3, 1,
            1, 2, 2, 1, 1, 2, 2, 1,
            1, 2, 2, 1, 1, 3 ]

def setup():

    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)                # Numbers GPIOs by physical location
    GPIO.setup(Buzzer, GPIO.OUT)    # Set pins' mode is output
    global Buzz                                             # Assign a global variable to replace GPIO.PWM
    Buzz = GPIO.PWM(Buzzer, 440)    # 440 is initial frequency.
    Buzz.start(50)                                  # Start Buzzer pin with 50% duty cycle

def loop():
    while True:
        print ('\n    Playing song 1...')
        for i in range(1, len(song_1)):             # Play song 1
            Buzz.ChangeFrequency(song_1[i]) # Change the frequency along the song note
            time.sleep(beat_1[i] * 0.5)             # delay a note for beat * 0.5s
        time.sleep(1)                                               # Wait a second for next song.

        print ('\n\n    Playing song 2...')
        for i in range(1, len(song_2)):     # Play song 1
            Buzz.ChangeFrequency(song_2[i]) # Change the frequency along the song note
            time.sleep(beat_2[i] * 0.5)     # delay a note for beat * 0.5s

def destory():
    Buzz.stop()                 # Stop the buzzer
    GPIO.output(Buzzer, 1)      # Set Buzzer pin to High
    GPIO.cleanup()                          # Release resource

if __name__ == '__main__':          # Program start from here
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:       # When 'Ctrl+C' is pressed, the program destroy() will be executed.
        destory()

コードの説明

CL = [0, 131, 147, 165, 175, 196, 211, 248]     # Frequency of Bass tone in C major
CM = [0, 262, 294, 330, 350, 393, 441, 495]     # Frequency of Midrange tone in C major
CH = [0, 525, 589, 661, 700, 786, 882, 990]     # Frequency of Treble tone in C major

これらは各音符の周波数である。番号1〜7が音色のCDEFGABに対応するように、最初の0はCL [0]をスキップする。

song_1 = [  CM[3], CM[5], CM[6], CM[3], CM[2], CM[3], CM[5], CM[6],
            CH[1], CM[6], CM[5], CM[1], CM[3], CM[2], CM[2], CM[3],
            CM[5], CM[2], CM[3], CM[3], CL[6], CL[6], CL[6], CM[1],
            CM[2], CM[3], CM[2], CL[7], CL[6], CM[1], CL[5] ]

これらの配列は歌の音符である。

beat_1 = [  1, 1, 3, 1, 1, 3, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1,
            1, 3, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
            1, 1, 3 ]

すべての音符の拍(各番号)は、⅛拍で、つまり0.5秒を表す

Buzz = GPIO.PWM(Buzzer, 440)
Buzz.start(50)

ピンブザーをPWMピンとして定義し、その周波数を440に設定し、Buzz.start(50)を使用してPWMを実行する。さらに、デューティサイクルを50%に設定する。

for i in range(1, len(song_1)):
            Buzz.ChangeFrequency(song_1[i])
            time.sleep(beat_1[i] * 0.5)

for 文を実行すると、ブザーは配列song_1 []の音符をbeat_1 []配列の拍で再生する。

これで、パッシブブザーが音楽を再生していることが聞こえる。

現象画像

_images/image107.jpeg