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[아두이노] 피에조 부저(Piezo Buzzer)를 이용해서 소리를 내어보자
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아두 이노 피에조
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피에조 부저와 아두이노를 연결해서 여러 음을 출력하기 :: Design
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13-1 피에조 스피커 로 음계 표현하기 – 아두이노 시뮬레이터
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피에조 스피커로 음계 표현하기
피에조 스피커로 음계 표현하기 회로구성
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아두이노 피에조 부저(piezo buzzer) 활용 실습(쉬움) 멜로디 예제 포함.
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아두이노 예제 5 피에조 부저로 연주하기
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피에조 부저와 아두이노를 연결해서 여러 음을 출력하기
부저와 아두이노의 하드웨어 연결
부저를 자세히 보면, 부저에 (+) 모양이 보인다.
이 (+)모양의 선을 아두이노의 9번핀으로 연결한다.
그 밑에 있는 검은 선은 아두이노의 GND에 연결한다.
부저를 통해 기본 음을 출력해보자.
음의 출력을 위해서는 주파수를 알고 있어야 한다.
소스 코드
#define SORI_PIN 9 // 부저의 핀으로 부저의 (+)를 아두이노의 9번핀으로 연결 // 부저의 주파수로 각 각 “도레미파솔라시도” 이다. int um[8] = {262, 294, 330, 340, 392, 440, 494, 523}; void setup() { // put your setup code here, to run once: } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: for (int i = 0; i < 8; i++) { tone(SORI_PIN, um[i], 200); // 해당 주파수를 200은 길이 delay(500); // noTone(8); } } 소방차 사이렌을 울려보자. 소스 코드 #define SORI_PIN 9 // 부저의 핀으로 부저의 (+)를 아두이노의 9번핀으로 연결 // 소방차 사이렌 만들기 void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(SORI_PIN,OUTPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: for (int hz = 300; hz <= 750; hz++) { tone(SORI_PIN, hz); delay(5); } for (int hz = 750; hz >= 300; hz–) { tone(SORI_PIN, hz); delay(5); } }
이번에는 음악을 출력해보자.
우리가 출력할 음을 하나의 배열로 저장을 한다.
소스 코드
const int BUZZER_PIN = 9; // 부저의 (+)핀을 아두이노의 9번핀에 연결 const int C = 261; // 도 const int D = 294; // 레 const int E = 330; // 미 const int F = 340; // 파 const int G = 392; // 솔 const int A = 440; // 라 const int B = 494; // 시 const int HC = 523; // 도 // 음과 음의 길이를 표현하는 구조체 typedef struct { int t; // 음 unsigned long d; // 음의 길이 }TAD; TAD music[]={ {G,100},{G,100},{A,100},{A,100},{G,100},{G,100},{E,200}, {G,100},{G,100},{E,100},{E,100},{D,200}, {G,100},{G,100},{A,100},{A,100},{G,100},{G,100},{E,200}, {D,100},{E,100},{C,200} }; int musicLen; // music 배열의 길이 void setup() { // put your setup code here, to run once: musicLen = sizeof(music) / sizeof(TAD); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: for (int i = 0; i < musicLen; i++) { tone(BUZZER_PIN,music[i].t); delay(music[i].d * 5); delay(30); } // 한 곡이 끝나고 1초 쉬자. delay(1000); }
13-1 피에조 스피커 로 음계 표현하기
피에조 스피커 소개
피에조 스피커의 생김새는 아래 그림과 같이 2개의 단자로 구성되며, 한쪽 단자는 양극(Positive electrode), 다른 쪽 단자는 음극(Negative electrode)으로 불립니다. 일반적으로 단자의 길이가 긴 것이 양극, 짧은 것이 음극으로 표현하거나 피에조 스피커 위쪽에 “+”라는 기호가 표시된 것을 양극이라고 이해할 수 있습니다. 시뮬레이터에서 피에조 스피커의 양극과 음극의 구분은 마우스 커서를 단자에 가져다 대면 확인할 수 있습니다.
아두이노 시뮬레이터에서 피에조 스피커는 기본 구성요소에 포함되기 때문에 피에조 스피커 구성요소를 마우스 드래그 앤 드롭으로 작업판에 배치하거나 “piezo”라는 키워드로 검색해 가져올 수 있습니다.
피에조 스피커는 압력을 가하면 전기를 발생시키는 압전효과(Piezoelectric Effect)를 역으로 이용한 소자입니다. 따라서 압전효과를 가진 압전소자에 전기신호를 주어 수축과 팽창을 반복적으로 수행하면 진동에 따라 소리가 나는 원리입니다. 우리가 소리를 들을 수 있는 원리도 이러한 진동이 공기를 통해 귀로 전달되기 때문입니다.
피아노의 건반을 누를 때마다 다른 소리가 나는 것을 알 수 있습니다. 이는 건반을 누를 때 피아노 내부에 있는 현을 두드려 진동을 발생시키기 때문입니다. 현을 두드릴 때 다른 진동이 발생하도록 만들어 다양한 음을 표현할 수 있습니다. 진동 수에 따른 음의 높이는 아래 그림을 통해 확인할 수 있습니다. 높은 음자리표에서 기본 음계인 ‘도’는 진동수가 261.63Hz(헤르츠)입니다. 1Hz가 1초에 1번 진동하는 것을 의미하기 때문에 ‘도’를 표현하기 위해 대략 262번 떨림이 발생합니다.
출처: http://www.cs.au.dk/~dsound/DigitalAudio.dir/MidiAndFrequencies/MidiAndNoteFrequencies.html
피에조 스피커로 음계 표현하기
아두이노 스케치에서는 tone() 함수를 통해 피에조 스피커의 진동을 제어할 수 있습니다. tone() 함수를 사용해 “도레미파솔라시도” 음계를 출력하는 예제를 만들어 보겠습니다.
피에조 스피커로 음계 표현하기 회로구성
피에조 스피커는 양극과 음극의 두 단자가 존재합니다. 양극은 아두이노의 디지털 8번 핀에 연결하고 음극은 그라운드에 연결합니다. 피에조 스피커의 양극과 음극은 단자에 마우스 커서를 가져다 대면 확인할 수 있습니다.
피에조 스피커로 음계 표현하기 스케치 코드
스케치 코드의 1번째 줄부터 10번째 줄은 음계를 표현할 주파수를 melody라는 정수형 배열로 선언합니다. 음계 별 주파수를 참고해 각 주파수를 소수점 첫째자리에서 반올림하여 정수로 만듭니다. 그리고 해당 주파수를 melody 라는 이름의 배열로 선언하겠습니다. 12번째 줄은 피에조 스피커의 양극이 연결된 아두이노의 디지털 핀 번호를 의미합니다. 예제에서는 디지털 8번핀에 연결하였습니다.
아두이노 스케치의 주요 함수인 setup()은 아두이노에 전원이 들어온 후 한번만 실행되고 loop() 함수는 전원이 꺼지거나 리셋 버튼을 누르지 않는 이상 반복적으로 실행됩니다. 따라서 “도레미파솔라시도” 음계를 한 차례만 출력하도록 loop() 함수가 아닌 setup() 함수에 구현합니다. 18번째 줄부터 25번째 줄은 tone() 함수를 사용해 주파수에 해당하는 음계를 출력하는 코드입니다. tone() 함수의 사용법은 아래와 같으며 3개의 매개변수를 갖습니다. 첫 번째 매개변수는 피에조 스피커가 연결된 디지털 핀 번호, 두 번째는 진동 주파수, 세 번째는 진동을 발생시키는 시간(ms)입니다.
tone() 함수 뒤에 delay() 함수가 사용된 이유는 음계간 구분을 하기 위해서 입니다. 글을 읽을 때도 띄어쓰기가 없다면 의미를 파악하기가 쉽지 않듯이 음계를 표현할 때도 쉼표를 통해 음을 명확하게 구분할 수 있습니다. 쉼표의 역할을 delay() 함수가 하는 것입니다. 시뮬레이터를 시작해 결과를 확인하면 음계가 출력될 때마다 피에조 스피커가 진동하는 효과를 보이면서 “도레미파솔라시도” 음계의 소리가 나는 것을 들을 수 있습니다.
아두이노 피에조 부저(piezo buzzer) 활용 실습(쉬움) 멜로디 예제 포함.
이미지 출처: http://kocoafab.cc/data/150121032508.png
피에조 부저 (piezo buzzer)는 피에조 효과를 이용하여 소리를 내는 작은 스피커.
피에조 효과란 수정이나 세라믹 같은 결정체의 성질을 이용하는 것으로 압력을 주게 되면 변형이 일어나면서 표면에 전압이 발생하고,
반대로 전압을 걸어주면 응축,신장을 하는 현상을 말하며 압전효과라고 한다.
여기에 얇은 판을 붙여주면 미세한 떨림으로 인해 소리가 나게 된다.
피에조 부저는 코드 상에서 소리의 음량을 제어할 수 없고 자칫 잘못하면 소음을 일으킬 수 있지만,
값이 싸고 사용이 단순하기 때문에 장난감이나 휴대용 게임기, 버스 부저 등에서 주로 사용.
음계 주파수 참조
피에조 부저는 2개의 전극단자로 구성되어 있으며, 각 단자는 극성을 가지고 있다.
커버 윗면을 확인하면, (+)라고 써져 있거나, 옆에 조그만 홈이 파져있는 쪽, 다리가 긴 쪽의 단자에 +전극을 연결하면 된다.
아래의 그림은 옥타브 및 음계별 표준 주파수를 나타내는 표입니다. 피에조 부저에 주파수에 맞는 신호를 줌으로써 원하는
음계의 소리를 낼 수 있다.
우리에게 익숙한 음계는 4옥타브에 해당된다.
즉, ‘도’라는 음은 4옥타브의 C 261.6256Hz의 주파수를 가지는 소리다.
아두이노에 연결 아두이노에 연결
주의사항! 디지털 핀 몇 번인지 보고 꽂아야 한다.
도레미파솔라시도~ 코드.
void setup() { } void loop() { tone(8, 262, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 294, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 330, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 349, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 392, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 440, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 494, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ tone(8, 523, 1000); delay(4000); /*noTone(8); delay(500); */ }
실행시켰을 때 동영상.
도레미파솔라시도
슈퍼마리오 브금
/************************************************* * Public Constants *************************************************/ #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
pitches.h라고 저장하고 아두이노의 라이브러리 폴더에 pitches라고 폴더를 생성 후 안에 넣어주자. (pitches.h)를
헤더 출처는 아두이노 공홈.
https://www.arduino.cc/en/Tutorial/toneMelody
슈퍼마리오 브금 코드
#include “pitches.h” #define melodyPin 6 unsigned long prevPlayTime = 0; unsigned long playDuration = 0; int currentMelody = 0; //Mario main theme melody int melodySize = 75; int melody[] = { NOTE_E7, NOTE_E7, 0, NOTE_E7, 0, NOTE_C7, NOTE_E7, 0, NOTE_G7, 0, 0, 0, NOTE_G6, 0, 0, 0, NOTE_C7, 0, 0, NOTE_G6, 0, 0, NOTE_E6, 0, 0, NOTE_A6, 0, NOTE_B6, 0, NOTE_AS6, NOTE_A6, 0, NOTE_G6, NOTE_E7, NOTE_G7, NOTE_A7, 0, NOTE_F7, NOTE_G7, 0, NOTE_E7, 0,NOTE_C7, NOTE_D7, NOTE_B6, 0, 0, NOTE_C7, 0, 0, NOTE_G6, 0, 0, NOTE_E6, 0, 0, NOTE_A6, 0, NOTE_B6, 0, NOTE_AS6, NOTE_A6, 0, NOTE_G6, NOTE_E7, NOTE_G7, NOTE_A7, 0, NOTE_F7, NOTE_G7, 0, NOTE_E7, 0,NOTE_C7, NOTE_D7, NOTE_B6, 0, 0 }; //Mario main them tempo int tempo[] = { 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 9, 9, 9, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 9, 9, 9, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, }; void sing() { if(millis() < prevPlayTime + playDuration) { // music is playing. do nothing return; } // stop the tone playing: noTone(8); if(currentMelody >= melodySize) currentMelody = 0; // to calculate the note duration, take one second // divided by the note type. //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc. int noteDuration = 1000/tempo[currentMelody]; tone(melodyPin, melody[currentMelody], noteDuration); prevPlayTime = millis(); playDuration = noteDuration * 1.30; currentMelody++; } void setup() { pinMode(melodyPin, OUTPUT); } void loop() { // Do what you want // play music sing(); }
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곰 세 마리 코드 (헤더 필요 없음)
#define NOTE_C5 523 //도 #define NOTE_D5 587 //레 #define NOTE_E5 659 //미 #define NOTE_F5 698 //파 #define NOTE_G5 784 //솔 #define NOTE_A5 880 //라 #define NOTE_B5 988 //시 #define NOTE_C6 1047 //도 int tonepin = 12; int melody[] = { NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5, NOTE_E5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5, NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_A5,NOTE_G5, NOTE_C6,NOTE_G5,NOTE_C6,NOTE_G5, NOTE_E5,NOTE_D5,NOTE_C5 }; int noteDurations[]={ 4,8,8,4,4, 4,8,8,4,4, 8,8,4,8,8,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 8,8,8,8,2, 4,4,4,4, 4,4,2 }; void setup() { } void loop() { for (int i = 0; i < 49; i++) { int Durations = 1000/noteDurations[i]; // 음계의 음길이 계산 tone(tonepin, melody[i], Durations); int pauseBetweenNotes = Durations *1.3 ; delay(pauseBetweenNotes); noTone(tonepin); } } 곰세마리 동영상 곰세마리가 한집에 있어 학교종 떙떙떙 #define NOTE_C5 523 //도 #define NOTE_D5 587 //레 #define NOTE_E5 659 //미 #define NOTE_F5 698 //파 #define NOTE_G5 784 //솔 #define NOTE_A5 880 //라 #define NOTE_B5 988 //시 #define NOTE_C6 1047 //도 int tonepin = 12; int melody[] = { NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5, NOTE_E5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5, NOTE_C5,NOTE_C5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_E5,NOTE_C5, NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_G5,NOTE_A5,NOTE_G5, NOTE_C6,NOTE_G5,NOTE_C6,NOTE_G5, NOTE_E5,NOTE_D5,NOTE_C5 }; int noteDurations[]={ 4,8,8,4,4, 4,8,8,4,4, 8,8,4,8,8,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 4,4,2, 4,4,4,4, 8,8,8,8,2, 4,4,4,4, 4,4,2 }; void setup() { } void loop() { for (int i = 0; i < 49; i++) { int Durations = 1000/noteDurations[i]; // 음계의 음길이 계산 tone(tonepin, melody[i], Durations); int pauseBetweenNotes = Durations *1.3 ; delay(pauseBetweenNotes); noTone(tonepin); } } 학교종 땡떙땡 동영상 학교종이 떙땡땡 스타워즈 다스베이더 등장 브금 const int c = 261; const int d = 294; const int e = 329; const int f = 349; const int g = 391; const int gS = 415; const int a = 440; const int aS = 455; const int b = 466; const int cH = 523; const int cSH = 554; const int dH = 587; const int dSH = 622; const int eH = 659; const int fH = 698; const int fSH = 740; const int gH = 784; const int gSH = 830; const int aH = 880; const int buzzerPin = 8; const int ledPin1 = 12; const int ledPin2 = 13; int counter = 0; void setup() { //Setup pin modes pinMode(buzzerPin, OUTPUT); pinMode(ledPin1, OUTPUT); pinMode(ledPin2, OUTPUT); } void loop() { //Play first section firstSection(); //Play second section secondSection(); //Variant 1 beep(f, 250); beep(gS, 500); beep(f, 350); beep(a, 125); beep(cH, 500); beep(a, 375); beep(cH, 125); beep(eH, 650); delay(500); //Repeat second section secondSection(); //Variant 2 beep(f, 250); beep(gS, 500); beep(f, 375); beep(cH, 125); beep(a, 500); beep(f, 375); beep(cH, 125); beep(a, 650); delay(650); } void beep(int note, int duration) { //Play tone on buzzerPin tone(buzzerPin, note, duration); //Play different LED depending on value of 'counter' if(counter % 2 == 0) { digitalWrite(ledPin1, HIGH); delay(duration); digitalWrite(ledPin1, LOW); }else { digitalWrite(ledPin2, HIGH); delay(duration); digitalWrite(ledPin2, LOW); } //Stop tone on buzzerPin noTone(buzzerPin); delay(50); //Increment counter counter++; } void firstSection() { beep(a, 500); beep(a, 500); beep(a, 500); beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 500); beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 650); delay(500); beep(eH, 500); beep(eH, 500); beep(eH, 500); beep(fH, 350); beep(cH, 150); beep(gS, 500); beep(f, 350); beep(cH, 150); beep(a, 650); delay(500); } void secondSection() { beep(aH, 500); beep(a, 300); beep(a, 150); beep(aH, 500); beep(gSH, 325); beep(gH, 175); beep(fSH, 125); beep(fH, 125); beep(fSH, 250); delay(325); beep(aS, 250); beep(dSH, 500); beep(dH, 325); beep(cSH, 175); beep(cH, 125); beep(b, 125); beep(cH, 250); delay(350); } 스타워즈 다스베이더 등장 브금 동영상 https://www.youtube.com/watch?v=hNv5sPu0C1E 원본 아두이노로 등장 브금 구현 다스베이더 등장곡 1. 도레미파솔라시도 2. 슈퍼마리오 (헤더 따로 저장 필요) 3. 곰 세 마리 4. 학교종 5. 다스베이더 등장곡 이 순서이다. 매우 매우 저퀄리티의 소리처럼 들리지만. 들어보면 웃음이 나오는 귀여운 버저이다. 멜로디를 코드를 짜서 실행할 수 있으니 매우 간단한 실습이다. 연결하는 것도 쉬우니 꼭 사서 나만의 멜로디(?)를 실행시켜보자.
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