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3.2 Eigene Töne mit einem passiven Buzzer erzeugen

In dieser Lektion lernen wir, wie man mit einem passiven Buzzer und dem Raspberry Pi Pico 2 W verschiedene Töne und sogar einfache Melodien erzeugt! Im Gegensatz zu einem aktiven Buzzer benötigt ein passiver Buzzer ein wechselndes elektrisches Signal, um einen Ton zu erzeugen. Durch Ändern der Frequenz dieses Signals können wir die Tonhöhe steuern.

Buzzer

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Bauteile.

Es ist praktisch, ein komplettes Kit zu kaufen. Hier ist der Link:

Name	ENTHALTENE TEILE	LINK
Pico 2 W Starter Kit	450+	Pico 2 W Kit

Alternativ können die Komponenten auch einzeln über die folgenden Links erworben werden.

SN	KOMPONENTE	MENGE	LINK
1	Einführung in den Pico 2 W	1
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Breadboard	1	KAUFEN
4	Jumper-Kabel	Mehrere	KAUFEN
5	Transistor	1 (S8050)	KAUFEN
6	Widerstand	1 (1KΩ)	KAUFEN
7	Passiver Buzzer	1	KAUFEN

Funktionsweise eines passiven Buzzers

Ein passiver Buzzer funktioniert wie ein kleiner Lautsprecher. Er erzeugt keinen eigenen Ton, sondern benötigt ein externes Wechselstromsignal. Durch die Steuerung der Frequenz des Signals kann der Buzzer verschiedene Tonhöhen wiedergeben und so Noten oder Melodien spielen.

Schaltplan

sch_buzzer

In dieser Schaltung wird der passive Buzzer über einen S8050-NPN-Transistor gesteuert. Der Transistor verstärkt den Stromfluss und macht den Ton lauter, als wenn der Buzzer direkt an den Pico angeschlossen wäre.

Funktionsweise:

GP15 gibt ein hohes Signal aus, um den Transistor zu aktivieren.
Wenn der Transistor leitend wird, fließt Strom durch den Buzzer, wodurch ein Ton erzeugt wird.

Ein 1kΩ-Widerstand begrenzt den Stromfluss, um den Transistor zu schützen.

Verdrahtung

Achte darauf, dass du einen passiven Buzzer verwendest. Du kannst ihn daran erkennen, dass die Leiterplatte auf der Unterseite sichtbar ist (im Gegensatz zum versiegelten Gehäuse eines aktiven Buzzers).

Code schreiben

Nun schreiben wir ein Programm, das den Buzzer verschiedene Töne spielen lässt.

Bemerkung

Öffne die Datei 3.2_custom_tone.py aus dem Verzeichnis pico-2w-kit-main/micropython oder kopiere den Code in Thonny. Klicke dann auf „Run“ oder drücke F5.
Stelle sicher, dass der richtige Interpreter ausgewählt ist: MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx.

import machine
import utime

# PWM auf GP15 initialisieren
buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))

def play_tone(frequency, duration):
    # Frequenz des PWM-Signals setzen
    buzzer.freq(frequency)
    # Duty Cycle auf 50% setzen
    buzzer.duty_u16(32768)
    # Ton für die angegebene Dauer spielen
    utime.sleep_ms(duration)
    # Buzzer ausschalten
    buzzer.duty_u16(0)

# Ein paar Töne abspielen
play_tone(440, 500)  # A4-Ton für 500 ms
utime.sleep_ms(200)
play_tone(494, 500)  # B4-Ton für 500 ms
utime.sleep_ms(200)
play_tone(523, 500)  # C5-Ton für 500 ms

Nach dem Start des Codes spielt der Buzzer die Noten A4, B4 und C5 für jeweils 500 ms.

Erklärung des Codes

PWM initialisieren:
- buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15)): Aktiviert PWM auf GP15 zur Steuerung des Buzzers.
Die Funktion play_tone definieren:
```
def play_tone(frequency, duration):
    buzzer.freq(frequency)
    buzzer.duty_u16(32768)
    utime.sleep_ms(duration)
    buzzer.duty_u16(0)
```
- frequency: Die Tonhöhe des Signals.
- duration: Die Abspielzeit in Millisekunden.
- buzzer.duty_u16(32768): Setzt den Duty Cycle auf 50% (max. Wert 65535).
- Nach der Dauer wird der Ton gestoppt, indem der Duty Cycle auf 0 gesetzt wird.

Noten abspielen:

Durch Aufrufe von play_tone mit verschiedenen Frequenzen spielen wir verschiedene Töne.

play_tone(440, 500)  # A4-Ton für 500 ms
utime.sleep_ms(200)
play_tone(494, 500)  # B4-Ton für 500 ms
utime.sleep_ms(200)
play_tone(523, 500)  # C5-Ton für 500 ms

Eine Melodie spielen

Jetzt erstellen wir eine einfache Melodie, indem wir mehrere Noten in einer Sequenz spielen.

import machine
import utime

# Notenfrequenzen (Hz)
NOTE_C4 = 262
NOTE_D4 = 294
NOTE_E4 = 330
NOTE_F4 = 349
NOTE_G4 = 392
NOTE_A4 = 440
NOTE_B4 = 494
NOTE_C5 = 523

melody = [
    NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4,
    NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5
    ]

note_durations = [
    500, 500, 500, 500,
    500, 500, 500, 500
]

# Initialize PWM on GP15
buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))

def play_tone(frequency, duration):
    buzzer.freq(frequency)
    buzzer.duty_u16(32768)
    utime.sleep_ms(duration)
    buzzer.duty_u16(0)
    utime.sleep_ms(50)  # Short pause between notes

for i in range(len(melody)):
    play_tone(melody[i], note_durations[i])

Wenn du diesen Code ausführst, spielt der Buzzer eine einfache Melodie, indem er jede Note der Reihe nach wiedergibt. Jede Note dauert 500 Millisekunden, mit einer kurzen Pause dazwischen. Du wirst hören, wie der Buzzer eine aufsteigende Tonleiter von Mittlerem C (C4) bis zum C der nächsten Oktave (C5) spielt.

Weitere Experimente

Eigene Melodie erstellen: Ändere die Noten und Dauern in den Listen melody und note_durations, um deine eigene Komposition zu erstellen.
Tempo anpassen: Modifiziere die Werte in note_durations, um die Melodie schneller oder langsamer abzuspielen.
Weitere Noten hinzufügen: Definiere zusätzliche Noten durch Angabe ihrer Frequenzen und integriere sie in deine Melodie.
Lautstärke verändern: Passe den Duty Cycle in buzzer.duty_u16() an, um die Lautstärke des Buzzers zu erhöhen oder zu verringern. Ein Wert um 32768 entspricht einem Duty Cycle von 50 %.

Fazit

In dieser Lektion hast du gelernt, wie du mit einem passiven Buzzer Töne und Melodien auf dem Raspberry Pi Pico 2 W erzeugst. Durch die Steuerung der PWM-Frequenz kannst du eine Vielzahl von Klängen erzeugen und sogar einfache Lieder spielen. Dies ist eine großartige Möglichkeit, um Audio-Feedback oder unterhaltsame musikalische Elemente in deine Projekte zu integrieren.