用MCU產生音效

[yehlu]

http://tw.myblog.yahoo.com/it-funyard/a ... l=f&fid=14

學會輸出之後，除了燈光之外最常用的還有音效。不過這裡所講的只是很簡單的「如何發出聲音」，千萬不要和Dolby、SRS... 這些特殊音效技術聯想在一起。

首先介紹發聲的原理，大家都知道聲音是由物體於不同的振動頻率下所產生的，最簡單的就是拿一把尺，一端緊緊壓在桌面，另一端懸空，然後撥動懸空的一端，當尺來回振動的時候便發出聲音；而且，隨著懸空的部位長短不同，可發出高低不同的聲音，懸空的部位長則振動慢而聲音低，反之則發出較高聲音。

目前電子裝置是透過揚聲器、喇叭、蜂鳴器等來發出聲音，而這些裝置的原理則是利用「電磁鐵」。揚聲器的中心構造，是在一塊圓柱狀的永久磁鐵外圈套上一個尺寸很合的線圈，這個線圈和磁鐵間只有很小的間距，而線圈仍可以保持自由活動。將這個線圈的一端黏在漏斗狀的黑紙的中心，當揚聲器通電時，由於線圈會產生磁場而與磁鐵發生相吸或相斥，並且帶動漏斗形狀的黑紙產生振動，於是就發出聲音。(PS. 我們經常遇到的喇叭「破聲」，通常就是這個線圈和磁鐵發生摩擦。)

利用MCU透過揚聲器、喇叭、蜂鳴器等裝置發出聲音，依照上面所提的原理，則必須控制電流以特定的頻率去推動這些裝置，便可產生高低不同的聲音。
以下是 Vincent 用C語言所寫的一小段聲音程式 (for MSP430)：
#include<...>
...
int i, j;
void main(void)
{
while(1)
{
for (j=1000 ; j>200 ; j--) //大的 for 迴圈1
{
for (i=j ; i>0 ; i-=6) //小的 for 迴圈1
{
P1OUT=0x01;
}
P1OUT=0;
}

for (j=200 ; j<1000 ; j++) //大的 for 迴圈2
{
for (i=j ; i>0 ; i-=6) //小的 for 迴圈2
{
P1OUT=0x01;
}
P1OUT=0;
}
}
}

這個程式在 while 迴圈內，可分成兩個大的 for 迴圈，而兩個大的 for 迴圈各有一個小的 for 迴圈。我們以上半部大的 for 迴圈1為例，先從當中小的 for 迴圈1來看(如下方摘錄出來的部份)，先將 j 的值代入 i 後，以6作為差距 (每次減掉6，等差級數)，使 i 值進行遞減，直到 i>0 的條件不正確 (亦即 i<=0)時停止。而小迴圈當中所進行的工作只有一項，就是使P1.0輸出高電位(通電)。因此，當小的for迴圈跑完跳出時，接著執行P1OUT=0 使P1.0輸出低電位(斷電)；接著回到大的 for 迴圈1，把 j 減1，執行第二次迴圈內的程式，直到 j>200的條件不正確時停止。

for (i=j ; i>0 ; i-=6)
{
P1OUT=0x01;
}
P1OUT=0;

這一段程式跑起來的效果就是小的for 迴圈1 使 P1.0 通電跑了一段時間 -> P1.0 斷電 -> 回到大的 for迴圈，控制執行次數的值 j 減1，然後重複執行直到 j>200的條件不正確。在這個通電及斷電的過程中，可以看到振動頻率就這麼創造出來了，也就是 "小的for 迴圈1 使 P1.0 通電跑了一段時間 -> P1.0 斷電" 這一段。

控制小的for 迴圈1 使 P1.0 通電的時間，便是控制 P1.0 通電後斷電的頻率。一開始，j 的值是1000，i 就是1000，MCU執行第一個工作週期使1000減 6，然後使 P1.0 通電，接著繼續第二個工作週期，使1000-6的餘額994減 6，然後使 P1.0 保持通電，接著繼續下一個工作週期 .... 直到 i<=0時，便會跳出這個小的 for 迴圈。

由於 j 的值在執行過程中是遞減 (每次減1)，代入小的 for 迴圈中， i 值也是愈來愈小，也就是小的 for 迴圈執行時間愈來愈短，P1.0 通電、斷電的頻率也就加快。因此這個上半部大的 for迴圈執行起來會使P1.0 通電、斷電的頻率由慢漸漸加快，透過揚聲器表現出來，就是一段連續的由低至高的聲音。而下半部大的 for迴圈，則是相反的效果。

把這兩個大的 for迴圈加在一起，也就是我們在路上常聽到的 喔~ 喔~ 警笛聲。更改參數可以 tune 出不同的效果，有興趣可以玩玩看。