Práctica 26. Los Buzzers

26.1 Objetivo General

El objetivo de esta práctica es la de entonar una sucesión de sonidos complejos con el Arduino y los buzzer.

26.2 Materiales y Métodos

1. Una tarjeta Arduino Uno-R3 o Arduino Mega 2560.
2. Un cable USB impresora.
3. Un computador.
4. Cables para el montaje del circuito.
5. Un Botón Pulsador.
6. Un buzzer

26.2.1 La función  #define como parte del código

La función #define es muy útil en la programación del Arduino, este nos permite dar nombre a un valor constante antes de compilar el programa. Las definiciones o constantes definidas no ocupan espacio en la memoria del Arduino.

El código debe iniciar con el símbolo de numeral (#), seguido de la palabra define, luego el nombre de la constante y su valor, la cual no lleva punto y coma (;) ejemplo:

#define Led1 13

26.2.2 Notas musicales

Son sonidos que se produce a través de una vibración cuya frecuencia es constante. Actualmente, se considera la existencia de siete notas en una escala diatónica (que carece de modificaciones en la tonalidad). Las notas musicales son do, re, mi, fa, sol, la y si, según la notación latina y C (do), D (re), E (mi), F (fa), G (sol), A (la) y B (si), en la notación anglosajona que vamos a usar en la practica.

Se debe destacar que es posible bajar o subir semitonos de las notas musicales con las alteraciones, como el sostenido(se sube un semitono), el bemol(se baja un semitono) y el becuadro(se vuelve al valor original de la nota).

26.3 Montaje de la Práctica

El montaje del primer código de esta práctica es muy sencillo y no es necesaria la protoboard. el buzzer deberá ir conectado a gnd de Arduino y en este caso (el pin digital puede ser de su preferencia) el pin 11.

Para el segundo montaje solo se tiene que conectar el pulsador a tierra y al pin digital numero 2

26.4 IDE del Arduino

Primero se configura la tarjeta arduino:

 -Se selecciona la tarjeta Arduino que se está utilizando sea Arduino Uno-R3 o Arduino Mega 2560.

 -Se indica el Puerto Serial. Bajo que puerto USB se va a conectar el Arduino con el computador.

 -Se coloca el título del programa haciendo uso  del símbolo //, el cual permite colocar comentarios dentro del programa.

26.4.1 Definiciones

Las definiciones en programa son una de las partes más importantes del código y es la parte más larga con 90 líneas, de las cuales 89 son notas y silencios, todas son definiciones pero el Arduino solo toma las que nosotros coloquemos en el resto del código.

#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 4978
#define REST 0 

26.4.2 Procedimiento de cómo llevar a cabo el codificado del programa:

• En primer lugar se incluye en el código son las definiciones anteriormente vistas
• Luego de las definiciones lo primero que se especifica es el tempo, el tempo es la velocidad con la que debe ejecutarse una pieza musical. Se trata de una palabra italiana que literalmente significa «tiempo». En las partituras de una obra el tempo se suele representar al inicio de la pieza encima del primer pentagrama. Este cambia la velocidad de reproducción, y se calcula por pulsaciones por minuto.  
• Después se declara una constante para el buzzer en un pin digital, en este caso vamos a usar el pin número 11, como ya se dijo anteriormente el pin digital puede ser de su preferencia y no va afectar al código como tal.
• Después colocamos las notas de la melodía con las definiciones, nosotros usaremos la quinta octava tomando como referencia un piano de 87 teclas.  Hay que recordar, la matriz es el doble del número de notas (notas + duraciones).
• Las notas están seguidas de su respectiva duración. El valor de su duración es igual al valor absoluto, lo cual significa que 4 es igual a un tiempo (según sea éste), 8 a un octavo de tiempo, etc. Los números negativos se utilizan para representar notas punteadas, el puntillo aumenta la duración de la nota con la mitad de su valor original, con esto -4 significa una nota de cuatro punteada, es decir, un cuarto más un octavo de tiempo.

Figura	Redonda	Blanca	Negra	Corchea	Semi-corchea	Fusa	Semifusa
Duración	1 de tiempo	1/2 de tiempos	1/4 de tiempo	1/8 de tiempo	1/16 de tiempo	1/32 de tiempo	1/64 de tiempo
Valor	1	2	4	8	16	32	64

• Luego se calcula la duración de una nota entera en milisegundos con la siguiente operación (60s/tempo)*4 o (60s*4)/tempo, esto es por que hay que dividir el tempo entre un minuto, para calcular el tempo, y se multiplica por 4 al ser un compás de 4 tiempos
• El comando sizeof da el número de bytes, para cada valor int se compone de dos bytes (16 bits) hay dos valores por nota (tono y duración), por lo que para cada nota hay cuatro bytes
• Después se le dice que espere la duración de la especie antes de tocar la siguiente nota y detiene la generación de formas de onda antes de la siguiente nota.
• En la parte void loop() no es necesario repetir la melodía.

26.4.3 Procedimiento de cómo llevar a cabo el segundo codificado del programa:

• Para el segundo código, no es necesario cambiar la base del primer codificado. Primero se agrega el botón pulsador junto al buzzer, en este caso e el pin digital numero 2
• En la sección void setup() se identifica el tipo de variable que en este caso sera de salida, ademas de que vamos a utilizar en esta practica el comando INPUT_PULLUP, que habilita una resistencia interna dentro del Arduino de valor estimado de entre 20k y 50k Ohm. Todo esto lo indicamos con el comando pinMode(pulsador, INPUT_PULLUD).
• Y por ultimo en e apartado void loop(), escribimos lo que va a hacer el pulsador. Decimos que si el pin del pulsador tiene un nivel bajo(que es igual a que este presionado) y se habré llaves con el comando if(digitalRead(pulsador) == LOW){.
• Luego se escribe la condición verdadera con el comando for, declaramos una variante “i” que es igual a 0, luego decimos que si la variable aumenta hasta 8 esta debe aumentar, con el comando for (int i = 0; i < 8; i++), y se habré otras llaves.
• Se identifica que la duración debe ser igual a 1000, por ser el igual a un segundo, entre el array de las duraciones, como “i” va ir en aumento esta operación se va ir repitiendo con cada una de las duraciones es de destacar que “i” debe ir entre corchetes. Con el comando int duracion = 1000 / duraciones[i]
• En este momento se utiliza el comando tone, se coloca el nombre del buzzer luego se dice que la melodía va avanzando con respecto a “i”, conjunto su duración. con el comando tone(buzzer, melodia[i], duracion)
• Después se calcula la pausa de tiempo entre cada nota con la formula de duración por 1,30 cuyo resultado sera en milisegundos, luego se dice que hay que esperar el valor del resultado.
• por ultimo escribe el comando noTone, diciendo que el buzzer tiene que dejar de sonar

26.4.3  El código del primer programa

En esta parte del código se especifica varias cosas importantes como el tempo (tiempo de reproducción por segundo), el pin digital del buzzer, y la canción

int tempo=135; 
int buzzer = 11;
int cancion[] = {
  NOTE_F5, 10, NOTE_A5, 10, NOTE_C6, 10, NOTE_F6, 2, NOTE_F5,3,REST,32, NOTE_F5,16,NOTE_F5, 2,REST,8, NOTE_A5, 8, NOTE_G5, 8, NOTE_F5,8, NOTE_E5,4, NOTE_C6, 4, REST,8,NOTE_F5,8,NOTE_E5,8,NOTE_D5,8,NOTE_C5,4,NOTE_A5,4,NOTE_D5,4,NOTE_D6,4,NOTE_C6,4,NOTE_C6,16,NOTE_A5,8,NOTE_A5,16,NOTE_G5,8,NOTE_F5,8,NOTE_G5,8,NOTE_A5,8,NOTE_F5,4
    
};

int notes=sizeof(cancion)/sizeof(cancion[0])/2; 
int wholenote = (60000 * 4) / tempo;
int divider = 0, noteDuration = 0;

void setup() {
    for (int thisNote = 0; thisNote < notes * 2; thisNote = thisNote + 2) {
    divider = cancion[thisNote + 1];
    if (divider > 0) {
    
      noteDuration = (wholenote) / divider;
    } else if (divider < 0) {

      noteDuration = (wholenote) / abs(divider);
      noteDuration *= 1.5;
    }
    tone(buzzer, cancion[thisNote], noteDuration*0.9);
    delay(noteDuration);
    noTone(buzzer);
  }
}

void loop() {

}

26.4.4 Procedimiento de cómo llevar a cabo el codificado del segundo programa

int pulsador=2;    // pulsador en pin 2
int buzzer=11;    // buzzer pasivo en pin 8
int melodia[] = {   // array con las notas de la melodia
  NOTE_F5, NOTE_A5, NOTE_C6, NOTE_F6, NOTE_F5,REST, NOTE_F5,NOTE_F5,REST, NOTE_A5, NOTE_G5, NOTE_F5, NOTE_E5, NOTE_C6,  REST,NOTE_F5,NOTE_E5,NOTE_D5,NOTE_C5,NOTE_A5,NOTE_D5,NOTE_D6,NOTE_C6,NOTE_C6,NOTE_A5,NOTE_A5,NOTE_G5,NOTE_F5,NOTE_G5,NOTE_A5,NOTE_F5,
};

int duraciones[] = {    // array con la duracion de cada nota
  8,8,8,2,4,32,16,2,8,8,8,8,4,4,8,8,8,8,4,4,4,4,16,8,16,8,8,8,8,4
};

void setup() {
  pinMode(pulsador, INPUT_PULLUP);  // pin 2 como entrada con resistencia de pull-up
  pinMode(buzzer, OUTPUT);  // pin 8 como salida
 
}

void loop() {
  if(digitalRead(pulsador) == LOW){     // si se ha presionado el pulsador
    for (int i = 0; i < 8; i++) {     // bucle repite 8 veces
      int duracion = 1000 / duraciones[i];    // duración de la nota en milisegundos
      tone(buzzer, melodia[i], duracion); // ejecuta el tono con la duración
      int pausa = duracion * 1.30;      // calcula pausa
      delay(pausa);         // demora con valor de pausa
      noTone(buzzer);       // detiene reproducción de tono
    }
  }
}

• Al terminar el desarrollo del programa se debe compilar para verificar si existen errores dentro del codificado. Luego si no existen errores se debe cargar el código en la tarjeta Arduino para que lo ejecute.

NOTA: Para que el IDE de Arduino pueda entender los comando es necesario que al final de cada instrucción se coloque punto y coma (;).

<> Practica 26 (primer codigo)

<>Practica 26 (segundo codigo)

26.5 Conclusión

Estos se pueden usar para emitir un sonido o un sucesión de sonidos específicos para acciones determinadas, como cuando termina una acción o cuando termina y se vuelve a repetir. También se pueden encontrar en despertadores, productos decorativos, electrodomésticos, entre otros.