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Digital-Analog-Wandler (DAC)

Das Arduino Uno R4 WiFi ist mit einem integrierten DAC (Digital-Analog-Wandler) ausgestattet. Ein DAC ist entscheidend für die Umwandlung digitaler Signale in ihre analogen Gegenstücke, eine Funktionalität, die besonders wichtig in Anwendungen wie der Audiobearbeitung, der Erzeugung analoger Signale und anderen Szenarien ist, die präzise analoge Ausgaben erfordern.

Der DAC auf dem Uno R4 WiFi bietet eine Auflösung von bis zu 12 Bit und liefert echte analoge Ausgabefähigkeiten, die die Leistung von PWM-Pins übertreffen.

../_images/07_dac.png

Musik mit DAC abspielen

Schaltplan

../_images/07_dac_bb.png

Code Hochladen

Öffnen Sie die Datei 07-dac.ino, die sich unter elite-explorer-kit-main\r4_new_feature\07-dac befindet, oder fügen Sie den folgenden Code in Ihre Arduino IDE ein.

Bemerkung

Bitte platzieren Sie die Datei pitches.h im selben Verzeichnis wie den Code, um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten.

pitches.h
/*****************
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 49
07-dac.ino
 1/*
 2  This code is aimed at producing a melody through a DAC (Digital to 
 3  Analog Converter) on pin A0 of an Arduino Uno R4 board using the 
 4  analogWave library. The melody and rhythm are defined within an 
 5  array where each note is followed by its duration, based on a 
 6  specified tempo. The analogWave object is initialized to generate 
 7  sine waves, and the melody is played within the main loop. Each 
 8  note is played for 85% of its duration, followed by a pause of 15% 
 9  of the note's duration before proceeding to the next note. The 
10  melody repeats indefinitely with a one-second pause between 
11  repetitions.
12
13  Board: Arduino Uno R4 
14*/
15
16
17#include "analogWave.h"
18#include "pitches.h"
19
20// Melody and rhythm defined as an array
21// Each note is followed by its duration (4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.)
22int melody[] = {
23  // Super Mario Bros theme
24  // Score available at https://musescore.com/user/2123/scores/2145
25  // Theme by Koji Kondo
26  NOTE_E5,8, NOTE_E5,8, REST,8, NOTE_E5,8, REST,8, NOTE_C5,8, NOTE_E5,8, //1
27  NOTE_G5,4, REST,4, NOTE_G4,8, REST,4, 
28  NOTE_C5,-4, NOTE_G4,8, REST,4, NOTE_E4,-4, // 3
29  NOTE_A4,4, NOTE_B4,4, NOTE_AS4,8, NOTE_A4,4,
30  NOTE_G4,-8, NOTE_E5,-8, NOTE_G5,-8, NOTE_A5,4, NOTE_F5,8, NOTE_G5,8,
31  REST,8, NOTE_E5,4,NOTE_C5,8, NOTE_D5,8, NOTE_B4,-4,
32};
33
34analogWave wave(DAC);  // Initialize the analogWave object for DAC(A0)
35
36int noteCounter = 0;                  // Index to keep track of which note is being played
37int tempo = 200;                      // Set the tempo in BPM (Beats Per Minute)
38int wholenote = (60000 * 4) / tempo;  // Calculate the duration of a whole note in ms
39int divider = 0, noteDuration = 0;    // Variables to hold note duration
40
41void setup() {
42  wave.sine(10);  // Initialize the sine wave generator with a frequency of 10 Hz
43}
44
45void loop() {
46  // Calculate the duration of the current note
47  divider = melody[noteCounter + 1];
48  if (divider > 0) {
49    // For regular notes
50    noteDuration = wholenote / divider;
51  } else if (divider < 0) {
52    // For dotted notes (duration increased by 50%)
53    noteDuration = wholenote / abs(divider);
54    noteDuration *= 1.5;  // Increase the duration by 50% for dotted notes
55  }
56
57  // Play the note
58  wave.freq(melody[noteCounter]);
59  delay(noteDuration * 0.85);  // Play the note for 85% of its duration
60  wave.stop();
61
62  // Pause between notes
63  delay(noteDuration * 0.15);  // Pause for 15% of the note duration
64
65  // Increment the note counter by 2 (because each note is followed by its duration)
66  noteCounter += 2;
67
68  // Reset the counter when reaching the end of the melody
69  int totalNotes = sizeof(melody) / sizeof(melody[0]);
70  noteCounter = noteCounter % totalNotes;
71
72  // Add a delay between repetitions of the melody
73  if (noteCounter == 0) {
74    delay(1000);
75  }
76}

Dieses Projekt nutzt das Arduino und den DAC (Digital-Analog-Wandler), um die ikonische Melodie von Super Mario Bros zu spielen. Es verwendet eine Bibliothek namens analogWave zur Erzeugung von Sinuswellen und eine weitere Bibliothek, pitches.h, zur Definition der Notenfrequenzen.

  • melody[]: Dieses Array enthält die zu spielenden Noten zusammen mit ihren Dauern. Noten werden durch vordefinierte Töne (z.B. NOTE_E5) dargestellt, und Dauern werden in Form von Schlägen repräsentiert (z.B. 4 für eine Viertelnote). Sie können versuchen, Ihre eigene Melodie zu komponieren, indem Sie die Noten und Dauern im Array melody[] ändern. Wenn Sie interessiert sind, gibt es ein Repository auf GitHub (robsoncouto/arduino-songs), das Arduino-Code für verschiedene Lieder bereitstellt. Obwohl deren Ansatz von diesem Projekt abweichen mag, können Sie sich an ihren Noten und Dauern orientieren. (Ersetzen Sie einfach das melody[] im entsprechenden Track durch den Code in diesem Projekt.)

  • tempo : Das Tempo für dieses Projekt ist auf 200 BPM (Beats Per Minute) eingestellt, das zur Berechnung der Dauer jeder Note verwendet wird. Die Änderung dieses Werts verändert die Geschwindigkeit der Songaufführung.

  • Sinuswellengenerator: Die Funktion sine der Bibliothek analogWave initialisiert einen 10 Hz Sinuswellengenerator, der zur Ausgabe der Noten über den DAC verwendet wird.

  • Notendauer: Basierend auf dem eingestellten Tempo und der Schlagzahl für jede Note wird die Dauer jeder Note berechnet.

  • Spielen und Pause: Jede Note wird für 85% ihrer berechneten Dauer gespielt, gefolgt von einer 15% Pause, um zwischen den Noten zu unterscheiden.

  • Schleife: Nachdem die Melodie abgespielt wurde, setzt der Code automatisch zurück und beginnt erneut zu spielen.

Dies ist ein Beispiel, das demonstriert, wie man Arduino und externe Hardware (DAC) zur Musikgenerierung verwendet. Es zeigt auch, wie man Arrays und Schleifen verwendet, um die Logik der Musikwiedergabe zu vereinfachen.

Referenz