振动声波持续的时间决定声音的音长

9-3 程式設計
1. 字元資料型態的運算：程式中宣告了chr 及index 為字元資料 型態，chr變數儲存從串列埠緩衝區讀取下一個有效的單一字元 資料，在運算上，可利用ASCII 的特性進行加減運算，判斷chr 是否為'1' ～ '7' 間的字元，或是'A' ～ 'G' 間的字元。例 如chr='0'， 其ASCII 為48，'1' 的ASCII為49，'7' 的ASCII 為55，代入底下的判斷式可知(chr-'1')>=0 與(chr-'7')<=0 均不成立，因此可知chr='0' 未介於'1' ～ '7' 間。
9-2 電路說明
1. Arduino Leonardo + 麵包板的接線圖 如圖 9-6 所示，本電路使用USB 提供的5V，不需外加電源。
9-2 電路說明
2. 圖 9-7 為Leonardo 板（或OZONE）+Arminno 多功能實驗板接 線情況，為簡化顯示，圖 9-7 只畫出多功能實驗板的區塊5 及區 塊15。
9-2 電路說明
蜂鳴器只要給定頻率即能發出聲音， 例如要發出低音La 的聲音 （440Hz，週期2.27ms），只要送半週期高準位、半週期低準位， 並持續輸出方波給蜂鳴器即可發聲，如圖 9-2 所示。
9-2 電路說明
但要如何計算其它音階的頻率呢？首先以低音A（La）頻率440Hz 為基準，然後每隔半度音之頻率是前一個音的12 2 ≒ 1.059463 倍為原則來計算即可，表 9-1 為音階與頻率表；其中需注意的是 Mi 到Fa、Si 到Do 為半度音， 其餘皆為一個全音， 例如La 到Si 為一個全音， 因此Si 的頻率為440×1.059×1.059 ≒ 494Hz，Si 到Do 為半音， 因此Do 的頻率為494×1.059 ≒ 523Hz，比對圖 93 鋼琴上所示的鍵盤便可清晰了解。
9-1 功能簡介
本次實驗主要介紹發聲元件－蜂鳴器，希望透過Arduino 開發環境 的Serial Monitor，輸入不同的音階代碼，讓蜂鳴器發出所指定的 單一音階聲音，或是連續的音階聲音；本實驗系統方塊圖如圖 9-1 所示。
9-2 電路說明
喇叭（Speaker）與蜂鳴器（Buzzer）是一種將電氣信號轉換為聲 音的轉換裝置，是電子產品中常用的發聲元件，例如音響喇叭、主 機板上的蜂鳴器等。喇叭的基本動作原理，主要是利用電流通過線 圈時的磁極物理作用，作反磁或相吸運動讓音盆進行往復運動，當 音盆振動空氣時，即會以空氣為媒介傳遞至人類耳膜而感受到聲音， 其中通過線圈的電流大小決定聲音的大小、往復運動的快慢（次/ 秒；Hz）決定聲調的高低，振動聲波持續的時間決定聲音的音長。
2. 標頭檔pitches.h 標頭檔pitches.h 可在書籍光碟→程式→第9 章\chap9_1 \ 中 找到，可在開啟的Arduino IDE 中，點選Sketch → Add File， 將此檔案加入即可，加入後可看到Arduino IDE 中增加一個檔 案頁籤。）
9-3 程式設計
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3. #include：引入標頭檔 一個專案的常數或定義通常都很多，而且是主程式、副程式共 同使用，因此可將這些常數或定義儲存在一個標頭檔中（副屬 檔名為.h），方便主副程式使用。當標頭檔建立完成，要引入 使用，只要在Arduino IDE中點選Sketch → Add File 加入標 頭檔，然後在主程式中，利用#include指令即可引用。
9-2 電路說明
9-2 電路說明
9-2 電路說明
圖 9-4 為本實習的 電路圖，只要將蜂 鳴器的正端接至 Arduino 的D10，負 端接地即可進行實 驗。
9-2 電路說明
9-2 電路說明
本實驗使用的蜂鳴器工作電壓為3V ～ 7.5V， 以Arduino 輸出的 電壓5V，可順利推動蜂鳴器。如果選用的蜂鳴器（或喇叭）驅動電 壓或電流過大時，請務必在蜂鳴器前接上電晶體或達靈頓電路，才 能順利推動蜂鳴器。另請注意蜂鳴器接腳上的正負端，有註明十字 符號者為正端與D10 相接，另一端則接地，如果蜂鳴器未標示正負， 則接腳較長端為正端。
9-3 程式設計
9-3 程式設計
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本程式分為二個檔案，以下分別介ห้องสมุดไป่ตู้。 2.主程式（檔名：程式\ 第9 章\chap9_1 \chap9_1.ino）
9-3 程式設計
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1. #define：定義宣告 #define 是一個很有用的指令，它允許程式在編譯前，賦予一 個名稱對應一個恆定值或計算式的功能，此命令與常數宣告指 令const 功能很像，適合定義一些在執行期間數值不會變動的 常數；不同於const 指令的是#define 為定義，不需指定資料 型態，使用上彈性較大。
蜂鳴器與喇叭的發聲原理很像，但使用不同的材質；蜂鳴器分為電 磁式及壓電式二大類，在耗電流、尺寸、頻率、驅動方式上有些不 同，本實驗使用電磁式蜂鳴器，所使用的工作電壓為3V ～ 7.5V， 其原理是通電時將金屬振動膜吸下，不通電時依振動膜的彈力彈回 的電磁原理，耗電量較壓電式大，但使用較低的電壓即可工作。
9-3 程式設計
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本程式分為二個檔案，以下分別介紹。 1.音調標頭檔（程式\ 第9 章\chap9_1 \pitches.h）音調標頭檔 中定義了8 個八度音所有音調的音名及頻率，例如NOTE_C4代表第4 八度音的C（Do），頻率為262Hz，方便在主程式中引用；由於 pitches.h 內容很多，下列僅列出第4 及第5 八度音的定義。
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本實驗的程式主要是處理字串，依據Serial Monitor 中所傳送的 文字列進行逐字判斷，其中文字列的1～7代表要讓蜂鳴器發出第4 八度音的Do～ Si，字母C、D、E、F、G、A、B 代表要發出第5 八 度音的Do ～ Si，每個單字音的音長固定為200ms，所有單字發聲 完畢後停止發聲，回至等待使用者輸入的狀態，整個程序如圖9-8 所示。
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4. tone(pin, frequency, duration)：音調產生指令 此指令可在指定的pin 腳輸出一個工作週期50%， 頻率為 frequencyHz 的方波，持續輸出duration（單位ms）後關閉 （tone 指令的音調產生為背景動作，執行tone 指令後主控權 會立即交回主程式，並非等待duration 後才交回）；參數 duration 若省略，代表會持續發聲，直到執行noTone(pin) 指 令時關閉。