Терменвокс

В этом эксперименте мы имитируем действие музыкального инструмента терменвокс: изменяем высоту звучания бесконтактным путем, больше или меньше закрывая от света фоторезистор.

Оригинальный инструмент был изобретён ещё в 1920 году, Львом Сергеевичем Терменом, человеком с непростой и насыщенной судьбой. А сейчас мы имеем возможность воспроизвести изобретение с помощью нехитрой электроники.

1. Список деталей для эксперимента

1 плата Arduino Uno
1 беспаечная макетная плата
1 пьезопищалка
6 проводов «папа-папа»
1 резистор номиналом 10 кОм
1 фоторезистор

2. Схема на макетке

Схема подключения терменвокса на Arduino

Обратите внимание:

В данной схеме мы используем резистор нового номинала, посмотрите таблицу маркировки, чтобы найти резистор на 10 кОм или воспользуйтесь мультиметром
Полярность фоторезистора, как и обычного резистора, не играет роли. Его можно устанавливать любой стороной
В данном упражнении мы собираем простой вариант схемы включения пьезодинамика
Полярность пьезопищалки роли не играет: вы можете подключать любую из ее ножек к земле, любую к порту микроконтроллера
На Arduino Uno использование функции tone мешает использованию ШИМ на 3-м и 11-м портах. Зато можно подключить её к одному из них
Вспомните, как устроен делитель напряжения: фоторезистор помещается в позицию R2 — между аналоговым входом и землей. Так мы получаем резистивный фотосенсор.

3. Скетч

#define BUZZER_PIN  3 // даём имена для пинов с пьезопищалкой (англ. buzzer) и фоторезистором (англ. Light Dependent Resistor или просто LDR)
#define LDR_PIN     A0
void setup()
{
  // пин с пьезопищалкой — выход...
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  // ...а все остальные пины являются входами изначально, всякий раз при подаче питания или сбросе микроконтроллера. Поэтому, на самом деле, нам совершенно необязательно настраивать LDR_PIN в режим входа: он и так им является
}
void loop()
{
  int val, frequency;
  // считываем уровень освещённости так же, как для потенциометра: в виде значения от 0 до 1023.
  val = analogRead(LDR_PIN);
  // рассчитываем частоту звучания пищалки в герцах (ноту), используя функцию проекции (англ. map). Она отображает значение из одного диапазона на другой, строя пропорцию. В нашем случае [0; 1023] -> [3500; 4500]. Так мы получим частоту от 3,5 до 4,5 кГц.
  frequency = map(val, 0, 1023, 3500, 4500);
  // заставляем пин с пищалкой «вибрировать», т.е. звучать (англ. tone) на заданной частоте 20 миллисекунд. При следующих проходах loop, tone будет вызван снова и снова, и на деле мы услышим непрерывный звук тональностью, которая зависит от количества света, попадающего на фоторезистор
  tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);
}

4. Пояснения к коду

Функция map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) возвращает целочисленное значение из интервала [toLow, toHigh], которое является пропорциональным отображением содержимого value из интервала [fromLow, fromHigh]
Верхние границы map не обязательно должны быть больше нижних и могут быть отрицательными. К примеру, значение из интервала [1, 10] можно отобразить в интервал [10, -5]
Если при вычислении значения map образуется дробное значение, оно будет отброшено, а не округлено
Функция map не будет отбрасывать значения за пределами указанных диапазонов, а также масштабирует их по заданному правилу
Если вам нужно ограничить множество допустимых значений, используйте функцию constrain(value, from, to), которая вернёт: - value, если это значение попадает в диапазон [from, to] - from, если value меньше него - to, если value больше него
Функция tone(pin, frequency, duration) заставляет пьезопищалку, подключённую к порту pin, издавать звук высотой frequency герц на протяжении duration миллисекунд
Параметр duration не является обязательным. Если его не передать, звук включится навсегда. Чтобы его выключить, вам понадобится функция noTone(pin). Ей нужно передать номер порта с пищалкой, которую нужно выключить
Одновременно можно управлять только одной пищалкой. Если во время звучания вызвать tone для другого порта, ничего не произойдёт
Вызов tone для уже звучащего порта обновит частоту и длительность звучания