Au clair de la lune avec Arduino

Dans cet article, afin d’apprendre le pilotage d’un haut-parleur nous allons demander à Arduino de jouer la mélodie “Au clair de la lune”.

Le matériel nécessaire

Pour cette réalisation, vous avez besoin:

Carte Arduino UNO	Câble USB 2.0 Type A/B	Haut-parleur 8 Ohm
Résistance 100 Ohm	Câbles

Concernant le haut-parleur 8 Ohm, il peut-être récupéré sur un vieil équipement électronique. Celui utilisé pour dans cet article provient d’un vieux PC et a l’avantage d’être déjà équipé de fils et d’un connecteur.

Vous pouvez également vous procurer un kit Haut-parleur déjà câblé et soudé sur la boutique: https://tropratik.fr/produit/kit-haut-parleur

Câblage du haut-parleur avec votre carte Arduino

Le câblage du haut-parleur est très simple, il suffit de:

• relier un de ses fils à la masse
• relier le deuxième fil à une résistance de 100Ω elle même reliée la sortie digitale 8 de l’Arduino.

Vous vous demandez sûrement: Pourquoi utilise-t-on une résistance de 100 ohms dans ce montage ? C’est tout simplement pour limiter le courant que devra fournir la sortie digitale de l’Arduino. En effet, si l’on étudie la fiche technique de l’Atmega328 qui est le microprocesseur utilisé par la carte Arduino UNO (datasheet), on peut-lire au paragraphe “26.1 Absolute Maximum Ratings” qu’une sortie digitale peut fournir au maximum 40 mA. Sans rentrer dans le détail du calcul de l’impédance du haut-parleur,  on constate qu’avec une résistance de 100 ohm on est grosso modo sous le plafond requis.

Petite astuce: si vous n’avez pas de fer à souder et que votre haut-parleur n’a pas de fil soudé, vous pouvez utiliser du “bon vieux ruban adhésif” pour attacher l’extrémité des câbles de connexion à votre haut-parleur.

Code logiciel pour le pilotage du haut-parleur

Nous allons passer au programme permettant à Arduino de jouer la mélodie “Au clair de la lune”.

Premier programme

Tout d’abord, partons de l’ossature du code Arduino suivante:

// Fonction de démarrage, s'exécute une seule fois:
void setup()
{

}

// Fonction principale du programme, s'exécute en boucle:
void loop()
{

}

Arduino ne connait pas les notes de musique, il ne connait que les fréquences physiques des sons. Afin d’avoir un code logiciel plus compréhensible, nous commençons par nommer les fréquences des notes de musique de la 4ème octave en utilisant la directive de précompilation (l’instruction) “#define“. Ces fréquences des notes peuvent être trouvée sur https://fr.wikipedia.org.

Je vous recommande d’écrire ces directives de précompilation au tout début du code logiciel, au début du croquis. La première ligne démarrant par “//” est une ligne de commentaires non exécutée par le processeur. Les 7 lignes suivantes sont écrites en arrondissant les valeurs de fréquence.

// Définition des fréquences des notes de musiques de la 4ème octave
#define OCTAVE_4_DO 523
#define OCTAVE_4_RE 587
#define OCTAVE_4_MI 659
#define OCTAVE_4_FA 698
#define OCTAVE_4_SOL 784
#define OCTAVE_4_LA 880
#define OCTAVE_4_SI 988

Dans cette mélodie, certaines notes durent plus longtemps que d’autres. Nous allons définir une base de temps à 300 millisecondes. Les notes de la mélodie seront jouées sur une durée multiple de cette base de temps: 1 pour les noires, 2 pour les blanches et 4 pour les rondes.

// Définition de la durée d'un temps en millisecondes 
#define DUREE_TEMPS 300

La fonction Arduino permettant de générer une note de musique sur un haut-parleur est la fonction “tone“.

Je vous propose de jouer l’introduction de la mélodie “Au clair de la lune” en boucle, et par conséquent d’inclure les fonctions d’appel au haut-parleur dans la fonction “loop“. Cette fonction prend 3 arguments en paramètre:

• le numéro de la sortie digitale reliée au haut parleur,
• la fréquence de la note
• et enfin la durée de cette note.

Attention la fonction “loop” n’est pas bloquante, c’est à dire qu’Arduino n’attend pas que la note soit finie de jouée pour exécuter l’instruction suivante du programme. C’est à nous de demander au microcontrôleur d’attendre avant de jouer la note suivante (en utilisant l’instruction “delay” par exemple).

Pour ceux qui comme moi n’ont pas de grande connaissances musicales, vous trouverez ci dessous les notes de la mélodie “Au clair de la lune” et leur durées relatives:

A partir de ces informations, vous êtes donc capable de rédiger les lignes de code correspondantes:

    // Jeux des 11 premières notes de "Au clair de la lune"
    tone(8, OCTAVE_4_DO, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_DO, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_DO, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_RE, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_MI, 2 * DUREE_TEMPS);
    delay(2 * DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_RE, 2 * DUREE_TEMPS);
    delay(2 * DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_DO, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_MI, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_RE, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_RE, DUREE_TEMPS);
    delay(DUREE_TEMPS);
    tone(8, OCTAVE_4_DO, 4 * DUREE_TEMPS);
    delay(4 * DUREE_TEMPS);

Cela fait un morceau de programme avec beaucoup de répétition, aussi nous allons factoriser le code logiciel. L’article n’est pas fini, rendez-vous (page 2).