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树莓派基础实验9:蜂鸣器实验

一、介绍

   蜂鸣器是音频信号装置,蜂鸣器可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器直接接上额定电源就可以连续发声;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周期性地振动发声。


二、组件

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★有源蜂鸣器模块*1

★无源蜂鸣器模块*1

★双色LED模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

蜂鸣器原理示意图

有源蜂鸣器模块

无源蜂鸣器模块

蜂鸣器原理图

  有源蜂鸣器内置振荡源,所以通电时会发出声音。但无源蜂鸣器没有这种内置振荡源,所以如果使用直流信号,他不会发出轰鸣声;相反,你需要使用频率在2k到5k之间的方波来驱动它。由于有内置振荡电路,所以有源蜂鸣器通常比无源蜂鸣器昂贵。   将两个蜂鸣器的引脚朝上,你可以看到带有绿色电路板的引脚是一个无源蜂鸣器。而另一个带有黑色塑料外壳,而不是电路板的蜂鸣器是有源蜂鸣器。

有源与无缘蜂鸣器对比

四、实验步骤


有源蜂鸣器:

第1步:连接电路。这里要注意的是:蜂鸣器的电源是使用的3.3V,而不是前面实验所使用的5V,若使用5V电源,蜂鸣器会异常。

树莓派

T型转接板

有源蜂鸣器

GPIO 0(序号11)

GPIO 17

SIG(I/O)

3.3V

3.3V

VCC

GND

GND

GND

有源蜂鸣器实验电路图

有源蜂鸣器实物连接图

第2步:编程。通过改变输入到蜂鸣器的信号电平,低电平是响,高电平是停止响来控制蜂鸣器。

#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

Buzzer = 11    # pin11

def setup(pin):
    global BuzzerPin
    BuzzerPin = pin
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)       # Numbers GPIOs by physical location
    GPIO.setup(BuzzerPin, GPIO.OUT)
    GPIO.output(BuzzerPin, GPIO.HIGH)

def on():
    GPIO.output(BuzzerPin, GPIO.LOW)    
    #低电平是响
def off():
    GPIO.output(BuzzerPin, GPIO.HIGH)
    #高电平是停止响
def beep(x):    #响3秒后停止3秒
    on()
    time.sleep(x)
    off()
    time.sleep(x)

def loop():
    while True:
        beep(3)

def destroy():
    GPIO.output(BuzzerPin, GPIO.HIGH)
    GPIO.cleanup()                     # Release resource

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

无源蜂鸣器:

第1步:连接电路。这里要注意的是:蜂鸣器的电源是使用的3.3V,而不是前面实验所使用的5V,若使用5V电源,蜂鸣器会异常。

树莓派

T型转接板

无源蜂鸣器

GPIO 0(序号11)

GPIO 17

SIG(I/O)

3.3V

3.3V

VCC

GND

GND

GND

无源蜂鸣器实验电路图

无源蜂鸣器实物连接图

第2步:编程前先介绍本次编程需要的几个知识点:   使用无源蜂鸣器,只要输出不同频率的PWM波,即可发出不同的音符。不同的音符组合起来就是一个曲子了。

乐谱简析:

  • 音阶   音阶是音乐必不可少的要素,主要由声音的频率决定。通过给蜂鸣器不同频率的音频脉冲,可以产生不同的音阶,而要产生某频率的音频脉冲,最简单的办法是以该音频的频率除以2的值,函数ChangeFrequency(Frequency)使用该值为参数改变蜂鸣器输入方波信号的频率,蜂鸣器上就可发出该频率的声音。   若想改变音阶,只需要改变频率即可。下表为各音调音符频率对照表,据此可产生不同音阶的音符。“#”表示半音,用于上升或下降半个音,乘以2就提升该声音一个8度音阶,减半则降一个8度。

无源蜂鸣器音阶频率对照表

  • 节拍   若要构成音乐,光有音阶是不够的,还需要节拍,也就是音符持续时间的长短,一般用拍数表示。至于1拍是多少秒,没有严格的规定,只要节拍适宜,声音悦耳即可。假如某首歌曲的节奏是每分钟120拍,那么1拍为0.5 s,1/4拍为0.125 s,以此类推可得到其他节拍对应的时长。这样,利用不同的频率,加上与拍数对应的延时,就构成了乐曲。

第3步:开始编程。按照蜂鸣器音阶频率对照表,定义C调低、中、高各音符,对应的频率的列表。CL表示C调低音符列表。

#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time

Buzzer = 11

CL = [0, 131, 147, 165, 175, 196, 211, 248]          
   # C调低音符的频率列表,第一位为0是占位用,后面不使用
   #除0外,依次是1do、2re、3mi、4fa、5sol、6la、7si
CM = [0, 262, 294, 330, 350, 393, 441, 495]          
   # Frequency of Middle C notes

CH = [0, 525, 589, 661, 700, 786, 882, 990]           
  # Frequency of High C notes

第4步:利用上面定义的频率的列表,定义歌曲的音符和节拍列表。

song_0 = [      CL[1], CL[2], CL[3], CL[4], CL[5], CL[6], CL[7],
                CM[1], CM[2], CM[3], CM[4], CM[5], CM[6], CM[7], 
                CH[1], CH[2], CH[3], CH[4], CH[5], CH[6], CH[7] ]
 # song_0表示从低音do依次到高音si的音符列表
beat_0 = [      2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,                         
                2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,  
                2, 2, 2, 2, 2, 2, 2  ]
 # song_0的节拍, 2表示2个1/8节拍。一个1/8节拍为0.5秒延迟。
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] ]
# Notes of song1
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 ]
# Beats of song 1, 1 means 1/8 beats
song_2 = [      CM[1], CM[1], CM[1], CL[5], CM[3], CM[3], CM[3], CM[1], 
                        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]        ]
# Notes of song2
beat_2 = [      1, 1, 2, 2, 1, 1, 2, 2,                         
                        1, 1, 2, 2, 1, 1, 3, 1, 
                        1, 2, 2, 1, 1, 2, 2, 1, 
                        1, 2, 2, 1, 1, 3 ]
# Beats of song 2, 1 means 1/8 beats,0.5 second

第5步:定义初始化设置函数setup()。

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 ration

第6步:定义循环函数loop(),主要有三部分,分别播放3首曲子。

def loop():
        while True:
  #--------------------------------------------
                print '\n\n    Playing Low C notes...'
                for i in range(0, 7):         # Play song 0的C调低音音符
                        Buzz.ChangeFrequency(song_0[i])
                        # 根据歌曲的音符改变频率
                        print i      #打印i的值
                        time.sleep(beat_0[i] * 0.5)     
                        # 根据节拍列表每个音符延迟1秒,2 beats*0.5s=1s

                print '\n\n    Playing Middle C notes...'
                for i in range(7, 14):         # Play song 0
                        Buzz.ChangeFrequency(song_0[i]) # Change the frequency along the song note
                        print i
                        time.sleep(beat_0[i] * 0.5)     # delay a note for beat * 0.5s

                print '\n\n    Playing High C notes...'
                for i in range(14, 21):         # Play song 0
                        Buzz.ChangeFrequency(song_0[i]) # Change the frequency along the song note
                        print i
                        time.sleep(beat_0[i] * 0.5)     # delay a note for beat * 0.5s
                Buzz.ChangeFrequency(0.5)  #一首曲子结束,间隔3秒
                time.sleep(3)
   #--------------------------------------------   
                print '\n    Playing song 1...'
                for i in range(0, 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
                Buzz.ChangeFrequency(0.5) #一首曲子结束,间隔3秒
                time.sleep(3)                          
    #--------------------------------------------
                print '\n\n    Playing song 2...'
                for i in range(0, 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
                Buzz.ChangeFrequency(0.5)
                time.sleep(3)

第7步。

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 child program destroy() will be  executed.
                destory()

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