Музыка на Arduino MP3 и WAV

Модули Ардуино позволяют создать множество различных электронных устройств, которые будут работать по несложным программам. Одним из таких устройств является компактный плеер. Ардуино плеер, проигрывающий WAV и МР3 файлы, может быть реализован на базе любого контроллера (Uno, Nano, Mega и т.п.) с помощью адаптера micro-SD, который позволяет записывать и считывать музыкальные файлы.

Формирование звука на Arduino

Arduino UNO

Несмотря на то, что платформа Arduino, в основном, предназначена для работы с цифровыми устройствами, в архитектуру микроконтроллеров входят аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи и несколько каналов широтно-импульсной модуляции. Это позволяет осуществлять захват звуковых сигналов и их воспроизведение. Платформа Ардуино включает в себя как 8-битные AVR контроллеры, так и мощные 32 битные ARM процессоры. Принцип воспроизведения файлов Arduino MP3 не позволяет обеспечить высокое качество звука, поскольку с выхода контроллера снимаются импульсы прямоугольной формы (меандр), отличающиеся от идеального синусоидального сигнала.

Самым бюджетным модулем платформы Ардуино, является Arduino UNO с микроконтроллером ATmega 328, в котором интегрированы два 8-битных и один 16-битный счётчик, каждый из которых может быть использован для генерации ШИМ. Контроллеры получают сигналы от внешних источников и выдают свои собственные сигналы через порты ввода/вывода (GPIO). Теоретически порты микроконтроллера предназначены для работы с уровнями логического нуля и логической единицы, тем не менее, выводы GPIO позволяют оцифровывать аналоговые сигналы с ограничением по уровню и генерировать сигналы различной формы с помощью ШИМ и фильтра низких частот. Внешние данные могут поступать разными способами, но основным методом оцифровки звукового сигнала является использование АЦП.

Так же данные могут поступать на микроконтроллер через первый разряд порта ввода/вывода. Аналого-цифровой преобразователь позволяет точно оцифровывать входной сигнал с разрешением до 10 бит. Оцифровка может выполняться на более высокой скорости преобразования, но при этом уменьшается точность, так как два младших бита игнорируются. После того как входной сигнал был оцифрован и прошёл необходимые преобразования он может быть конвертирован в аналоговую форму через блок ШИМ. Амплитуда сигнала кодируется через соотношение длительностей логического нуля и логической единицы. Важным этапом обработки выходного сигнала является фильтрация, удаляющая высокочастотные компоненты модуляции. Так же фильтры ограничивают частотный диапазон звукового сигнала.

Для воспроизведения отдельных частот звукового диапазон можно использовать внутренний генератор Arduino. Для этого достаточно подключить к плате пьезоэлектрический динамик и задать простую функцию. Динамик подключается между контактами GND и «2» разъема Digital. Динамик нужно подключать через резистор 100 Ом. Далее задаётся конкретная функция. Выбирается контакт const byte dinPin = 2; Контакт настраивается как выходной pinMode (dinPin, output); //. Затем командой tone можно включить генератор с заданной частотой. Команда выглядит следующим образом: tone ( dinPin, 440 ) ; // Получился электронный камертон генерирующий ноту Ля первой октавы. Нота будет звучать до тех пор, пока генерация не прекратится командой noTone (  dinPin  ); //

Несложный плеер для Ардуино

Схема для несложного плеера на Ардуино

Простейший плеер можно собрать буквально за 20 минут. Для этого потребуются следующие элементы:

  • Адаптер для карт памяти.
  • Соединительные провода.
  • Динамик 8 Ом.
  • Транзистор BC 546 B.

На транзисторе собран усилитель низкой частоты. Без него можно обойтись, подключив к  плате Ардуино высокоомный пьезоэлектрический динамик, но он имеет ограниченный частотный диапазон и не обеспечит нормального качества звучания. Arduino wav-файлы воспроизводит нормально, а вот для чтения файлов в формате МР3 он не предназначен, поэтому все звуковые файлы нужно конвертировать в формат wav, используя программу Online-convert.com.  Файлы записываются в формате wav pcm Mono 8 kHz 8 bit. SD-карту памяти нужно отформатировать и затем перенести на неё wav файлы с простыми идентификаторами типа “001.wav.  Адаптер для чтения SD-карт имеет встроенный стабилизатор напряжения, поэтому обе платы можно питать от одного источника +5 В. Адаптер подключается к плате Ардуино следующим образом:

  • CS – 10 контакт.
  • MOSI –11 – “ – “.
  • MISO –12 – “ – “.
  • CLK – 13 – “ – “.
  • GND – земля.
  • 5 V – питание + 5 В.

Для работы устройства следует загрузить библиотеку TMRpcm-Arduino, которая предназначена для чтения файлов в формате wav непосредственно с  карты памяти. Библиотека поддерживает все модули, выполненные на микроконтроллере ATmega328.

Модуль МР3 для ардуино

Модуль MP3 для ардуино

Более сложной модификацией плеера является вариант с использованием отдельного устройства, где датчик МР3 позволяет воспроизводить файлы именно в этом формате.  Обычным носителем информации в мини плейерах является твердотельный накопитель информации или карата памяти micro-SD. На ней располагаются звуковые файлы определённого формата. Чаще всего используются карты с ёмкостью, не превышающей 32 Гб. Для подключения к Arduino удобно использовать DF Player Mini MP3. Он представляет собой компактную плату, на которой находятся следующие компоненты:

  • Слот для установки карты.
  • Усилитель звуковой частоты.
  • Дискретные элементы.

Питание модуля осуществляется от источника постоянного тока с напряжением 3,5-5,0 В. Плейер поддерживает форматы MP3, WAV, WMA и TF карты с системами FAT16 и FAT32. В устройстве имеется возможность управлять уровнями громкости от 0 до 30 и включать одну из 6 предустановленных настроек эквалайзера. Подключение плеера к ардуино выполняется следующим образом:

  • VCC – + 5 V
  • RX – RX
  • TX – TX
  • SPK 1 – динамик
  • SPK 2 – динамик
  • GND – GND

Линии RX и TX подключаются через резисторы 1 кОм. Для того чтобы устройство заработало нужно загрузить библиотеку Mini mp3 Arduino Library V2.0. Основной набор команд, выполняемых плеером:

  • Mp3_play (0002) – воспроизведение файла с указанным номером.
  • Mp3_stop – остановка воспроизведения.
  • Mp3_next – следующий файл.
  • Mp3_prev – предыдущий файл.
  • Mp3_set_volume – выбор уровня громкости.
  • Mp3_set_EQ (0-5) – выбор предустановки эквалайзера.

Если подключить к плееру USB порт через контакты USB «+» и «–», то можно воспроизводить звуковые файлы, записанные на флэш-карте.

ПОДЕЛИТЬСЯ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here