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第六课 蜂鸣器实验

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蜂鸣器实验
作者:陈杰
教学目标
知识与技能:
1.    认识蜂鸣器及其种类,掌握其使用方法。
2.    蜂鸣器在实验物理电路的正确连接。
3.    使用万用电表测量相关电气指标。
过程与方法:
1.  教师讲解,蜂鸣器功能原理及正确连线。
2.  动手实验,正确连接物理电路,烧录程序。
3.  测试程序,查看实验结果。
情感态度价值观:
    修改调试程序,让蜂鸣器发出不同的声音。
教学重点
依据功能组建蜂鸣器模型电路,正确连接电路。
了解并掌握Arduino IDE程序结构,修改调试原有程序,改变功能。
教学难点
万用表的使用。

实验器材:
DFRobotArduino入门套件、Arduino ide 1.04

教学过程
1.情景引入
教师展示报警器实验装置图或视频。
01.jpg
本课所需器材为:控制板、面包板、蜂鸣器。生:学生准备相关器材。设计意图:案例引入,原理介绍,准备新实验器材。2.新知讲授前面的课程中,我们一直在用LED,估计有些同学已经着急了,能否换点新玩意?今天实验的中我们将用到之前没有用过的蜂鸣器,让我们先来认识下蜂鸣器。(1.)认识器材蜂鸣器:蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
02.jpg
按其驱动方式的不同,可分为:有源蜂鸣器(内含驱动线路)和无源蜂鸣器(外部驱动)教你区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图a、b所示。  
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器图:有源和无源蜂鸣器的外观   有源b)无源从图a、b外观上看,两种蜂鸣器好像一样,但仔细看,两者的高度略有区别,有源蜂鸣器a,高度为9mm,而无源蜂鸣器b的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时,可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。进一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器"-"引脚,红表笔在另一引脚上来回碰触,如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的,且电阻在几百欧以上的,是有源蜂鸣器。有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样,需要接在音频输出电路中才能发声。 工作原理蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的,因此需要一定的电流才能驱动它,本实验用的蜂鸣器内部带有驱动电路,所以可以直接使用。当蜂鸣器连接的引脚为高电平时,内部驱动电路导通,蜂鸣器发出声音;当蜂鸣器连接的引脚为低电平,内部驱动电路截止,蜂鸣器不发出声音。注意:这里的“源”不是指电源,而是指震荡源。也就是说,有源蜂鸣器内部带震荡源,所以只要一通电就会叫;而无源内部不带震荡源,所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的方波去驱动它
(2.)连接电路本实验将蜂鸣器的正极连接到数字口,蜂鸣器的负极连接到GND接口中。


设计意图:介绍Arduino物理电路连接,为后面正确实验效果奠定基础。
(3.)烧录程序
int buzzer=7;//设置控制蜂鸣器的数字IO脚
void setup()
{  pinMode(buzzer,OUTPUT);//设置数字IO脚模式,OUTPUT为输出
}
void loop()
{  unsigned char i,j;//定义变量  
while(1)  
{   
for(i=0;i<80;i++)//输出一个频率的声音  
  {      digitalWrite(buzzer,HIGH);//发声音      
delay(1);//延时1ms      
digitalWrite(buzzer,LOW);//不发声音      
delay(1);//延时ms   
}   
for(i=0;i<100;i++)//输出另一个频率的声音   
{      
digitalWrite(buzzer,HIGH);//发声音      
delay(2);//延时2ms      
digitalWrite(buzzer,LOW);//不发声音      
delay(2);//延时2ms   
}  
}
}
将上述代码复制到IDE窗口中,先编译,如果无误后,再上传烧录至控制板中。如上图所示,完成后可以测试实验结果。

三.课堂练习
师:今天带大家一起使用了蜂鸣器,可是有些同学发现蜂鸣器发出的声音比较刺耳,能否对其改进。
1.在蜂鸣器正极连线前加个电阻220欧姆,看看声音是否有所改善。
2.做完了今天的实验,你是否在想用arduino+蜂鸣器是否只可以播放这种简单的声响,能否给我们播放音乐,如果您想了解如何播放音乐。没有问题,仔细参考下面文字完成你的作品吧。
首先讲下简单的乐理知识,知道音乐是怎么演奏出来的自然就可以通过代码来进行编排了。
1.演奏单音符  一首乐曲有若干音符组成,一个音符对应一个频率。我们知道到相对应的频率 让arduino输出到蜂鸣器 蜂鸣器就会放出相应的声音,这里有个表供大家参考:
2.音符的演奏时间  我们知道了音符是如何演奏出来的,下一步就是控制音符的演奏时间。每个音符都会播放一定的时间,这样才能构成一首优美的曲子,而不是生硬的一个调的把所有的音符一股脑的都播放出来。如何确定每个音符演奏的单位时间呢?我们知道,音符节奏分为一拍、半拍、1/4拍、1/8拍,我们规定一拍音符的时间为1;半拍为0.5;1/4拍为0.25;1/8拍为0.125……,所以我们可以为每个音符赋予这样的拍子播放出来,音乐就成了。好了我们看看如何将简谱翻译成对应频率和拍子。以葫芦娃为例:

03.jpg
先看下左上角1=D这里,用的是D调,好那我们就看《音符频率表》中的D行(红色部分)
,第一个音符是1 但上面有个点,所以对应的就是589,时间是一拍=1,第二个音符6(没有点)就是495,时间也是一拍=1,第三个音符5 441,因为有下划线所以是半拍=0.5
……以此类推第四0这里要注意下,这里是没有声音,但是要是用频率0表示还是会有声音(这个不懂),所以我们用一个很高频率的声音,这样人耳听不到就达到了没有声音的效果,所以频率为-1。拍子=1拍第五,再接着看到第一句歌词葫芦娃这个娃的音是3—,这表示是两拍,后面每加一个“-”,表示拍子+11+1),本例中最多是加到4.第六,第二句歌词葫芦娃这个娃,3•带个点,点的意思是去3的拍子的一半,即3•的拍子是1+0.5第七,大家可能会问那弧线怎么表示,这在音乐中属于连音,我们要表示的话,可以稍微改下连音后面那个音的频率,比如减少或增加一些数值(需自己调试),这样表现会更流畅,但操作上更复杂了,本例没有做连音的处理,大家有兴趣可以自己调整下。
所以说了一大堆,规律就是时间上单个音符没有下划线,就是一拍(1),有下划线是半拍(0.5),两个下划线是四分之一拍(0.25),有“—”=前面音符的拍子+1;频率上就是按照音符是否带点,点在上还是在下到表中查找就可以了。
至此原理清楚,随便拿个简谱来我们都可以翻译成代码了。
04.jpg

#defineNOTE_D0 -1#defineNOTE_D1 294#defineNOTE_D2 330#defineNOTE_D3 350#defineNOTE_D4 393#defineNOTE_D5 441#defineNOTE_D6 495#defineNOTE_D7 556 #defineNOTE_DL1 147#defineNOTE_DL2 165#defineNOTE_DL3 175#defineNOTE_DL4 196#defineNOTE_DL5 221#defineNOTE_DL6 248#defineNOTE_DL7 278 #defineNOTE_DH1 589#defineNOTE_DH2 661#defineNOTE_DH3 700#defineNOTE_DH4 786#defineNOTE_DH5 882#defineNOTE_DH6 990#defineNOTE_DH7 112//以上部分是定义是把每个音符和频率值对应起来,其实不用打这么多,但是都打上了,后面可以随意编写D调的各种歌,我这里用NOTE_D+数字表示音符,NOTE_DH+数字表示上面有点的那种音符,NOTE_DL+数字表示下面有点的那种音符。这样后面写起来比较好识别。#defineWHOLE 1#defineHALF 0.5#defineQUARTER 0.25#defineEIGHTH 0.25#defineSIXTEENTH 0.625//这部分是用英文对应了拍子,这样后面也比较好看inttune[] = {  NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D0, NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D0,NOTE_D6, NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D0,NOTE_D6, NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D0,    NOTE_D1,NOTE_D1,NOTE_D3,  NOTE_D1,NOTE_D1,NOTE_D3,NOTE_D0,  NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,  NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D3,NOTE_D0,  NOTE_DH1,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D6,  NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D2,NOTE_D0,  NOTE_D7,NOTE_D7,NOTE_D5,NOTE_D3,  NOTE_D5, NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,  NOTE_D0,NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D3,NOTE_D0, NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D6,NOTE_D6,NOTE_D5,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,  NOTE_D0,NOTE_D5,NOTE_D1,NOTE_D2,NOTE_D0,  NOTE_D3,NOTE_D3,NOTE_D1,NOTE_DL6,  NOTE_D1,  NOTE_D3,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,  NOTE_D3,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_D6,  NOTE_DH1,NOTE_D0,NOTE_D7,NOTE_D5,  NOTE_D6,};//这部分就是整首曲子的音符部分,用了一个序列定义为tune,整数 floatduration[]={  1,1,0.5,0.5,1,  0.5,0.5,0.5,0.5,1,0.5,0.5,  0.5,1,0.5,1,0.5,0.5,  0.5,0.5,0.5,0.5,1,1,    1,1,1+1,  0.5,1,1+0.5,1,  1,1,0.5,0.5,1,  0.5,1,1+0.5,1,  0.5,0.5,0.5,0.5,1+1,  0.5,1,1+0.5,1,  1+1,0.5,0.5,1,  1+1+1+1, 0.5,0.5,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,  0.5,1,0.5,1,1, 0.5,0.5,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,0.5+0.25,0.25,  0.5,1,0.5,1,1,  1+1,0.5,0.5,1,  1+1+1+1,  0.5,1,0.5,1+1,  0.5,1,0.5,1+1,  1+1,0.5,0.5,1,  1+1+1+1};//这部分是整首曲子的接拍部分,也定义个序列duration,浮点(数组的个数和前面音符的个数是一样的,一一对应么)intlength;//这里定义一个变量,后面用来表示共有多少个音符inttonePin=5;//蜂鸣器的pin voidsetup(){  pinMode(tonePin,OUTPUT);//设置蜂鸣器的pin为输出模式  length= sizeof(tune)/sizeof(tune[0]);//这里用了一个sizeof函数,可以查出tone序列里有多少个音符} voidloop(){  for(int x=0;x<length;x++)//循环音符的次数  {    tone(tonePin,tune[x]);//此函数依次播放tune序列里的数组,即每个音符    delay(400*duration[x]);//每个音符持续的时间,即节拍duration,400是调整时间的越大,曲子速度越慢,越小曲子速度越快,自己掌握吧    noTone(tonePin);//停止当前音符,进入下一音符  }  delay(5000);//等待5秒后,循环重新开始} 四.学习总结依据功能报警器模型电路,正确连接电路。了解万用表的使用,掌握电阻的测量方法。认识蜂鸣器及其种类,掌握其正确用法。

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