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这次我们一起来做Micro:bit的经典小实验:笔尖音乐。用铅笔在纸上画一条粗粗的石墨线,用鳄鱼夹连接Micro:bit板、耳机和石墨线。经过编程,当鳄鱼夹在石墨线上移动时耳机里就能播放出不断变化的音调了。
Micro:bit主板×1,A4纸×1,铅笔(HB、2B\6B)×1,鳄鱼夹线×4,耳机×1(图1)。
Micro:bit的P0、P1、P2、P3、P4、P10引脚能够读取引脚的模拟电压。读取模拟电压返回值为Value(0-1023),电压值(Volt)计算方法为:Volt = 3.3×(Value/1024)。Micro:bit读取电压时需要形成电流通路,P0、P1、P2、P3、P4、P10引脚为正极,GND是电线接地端的简写。代表地线或0线。这个地并不是真正意义上的地,是出于应用而假设的一个地,对于电源来说,它就是电源的负极。
石墨是导体可以导电但电阻较高,铅笔在纸上画出的石墨线可以作为可变电阻,当鳄鱼夹在石墨线上移动时改变了石墨线的长度,同时也改变了电阻值。根据公式当电流I一定时,电压U和电阻R成正比:I=U/R。电阻变化导致Micro:bit读取的电压也会变化,我们以读取引脚模拟电压数值作为输出音调的频率值,移动鳄鱼夹就可以改变输出声音的音调(图2)。
1) 首先我们需要用铅笔在A4纸上划线,线段一端要在纸张边缘,要画得粗一点浓一点。
2) 用1条鳄鱼夹线(黑)将耳机的地线和GND引脚相连,1条鳄鱼夹线(红)将左声道和引脚0相连(图3、图4)。
3) 用1条鳄鱼夹线(黄)将石墨线一端和GND引脚相连。用1条鳄鱼夹线(绿)一头夹在引脚1上,剩下一头拿在手上沿着石墨线移动(图5)。
4. 程序编写
1) 首先我们需要建立一个变量“音调”用来记录引脚P1采集到的变化电压值。
2) 将“音调”变量设为:高级→引脚→模拟读取引脚P1。
3) 为了发音变化更明显,人为提高音调频率。将“音调”数值乘以4。
4) 测量引脚在白纸上的读数值(我的测量值为1200),作为断路时的基础数据,当“音调”高于这个基础数值就认为线路不通,不播放声音。这个显示数字积木只是临时使用,测量到自己的基础数值之后就可以删除这个积木了(图6)。
5) 判断当变量音调小于1200时播放声音,否则不播放声音。
6) 无限循环,按变量“音调”赫兹(Hz)频率播放音调,值越大音调越高。保存代码拷贝进Micro:bit板就可以開始进行实验了(图7)。
7) 你可以换用HB、2B、6B的铅笔画粗细不同的石墨线,听听声音有什么不一样。想一想我们已经学到的物理知识,考虑电阻值大小与材料、温度、长度、横截面之间的关系,这些与不同材料、长度、粗细的石墨线之间的关系是否符合你已经掌握的知识。
1. 元件清单
Micro:bit主板×1,A4纸×1,铅笔(HB、2B\6B)×1,鳄鱼夹线×4,耳机×1(图1)。
2. 实验原理
Micro:bit的P0、P1、P2、P3、P4、P10引脚能够读取引脚的模拟电压。读取模拟电压返回值为Value(0-1023),电压值(Volt)计算方法为:Volt = 3.3×(Value/1024)。Micro:bit读取电压时需要形成电流通路,P0、P1、P2、P3、P4、P10引脚为正极,GND是电线接地端的简写。代表地线或0线。这个地并不是真正意义上的地,是出于应用而假设的一个地,对于电源来说,它就是电源的负极。
石墨是导体可以导电但电阻较高,铅笔在纸上画出的石墨线可以作为可变电阻,当鳄鱼夹在石墨线上移动时改变了石墨线的长度,同时也改变了电阻值。根据公式当电流I一定时,电压U和电阻R成正比:I=U/R。电阻变化导致Micro:bit读取的电压也会变化,我们以读取引脚模拟电压数值作为输出音调的频率值,移动鳄鱼夹就可以改变输出声音的音调(图2)。
3. 硬件连接
1) 首先我们需要用铅笔在A4纸上划线,线段一端要在纸张边缘,要画得粗一点浓一点。
2) 用1条鳄鱼夹线(黑)将耳机的地线和GND引脚相连,1条鳄鱼夹线(红)将左声道和引脚0相连(图3、图4)。
3) 用1条鳄鱼夹线(黄)将石墨线一端和GND引脚相连。用1条鳄鱼夹线(绿)一头夹在引脚1上,剩下一头拿在手上沿着石墨线移动(图5)。
4. 程序编写
1) 首先我们需要建立一个变量“音调”用来记录引脚P1采集到的变化电压值。
2) 将“音调”变量设为:高级→引脚→模拟读取引脚P1。
3) 为了发音变化更明显,人为提高音调频率。将“音调”数值乘以4。
4) 测量引脚在白纸上的读数值(我的测量值为1200),作为断路时的基础数据,当“音调”高于这个基础数值就认为线路不通,不播放声音。这个显示数字积木只是临时使用,测量到自己的基础数值之后就可以删除这个积木了(图6)。
5) 判断当变量音调小于1200时播放声音,否则不播放声音。
6) 无限循环,按变量“音调”赫兹(Hz)频率播放音调,值越大音调越高。保存代码拷贝进Micro:bit板就可以開始进行实验了(图7)。
7) 你可以换用HB、2B、6B的铅笔画粗细不同的石墨线,听听声音有什么不一样。想一想我们已经学到的物理知识,考虑电阻值大小与材料、温度、长度、横截面之间的关系,这些与不同材料、长度、粗细的石墨线之间的关系是否符合你已经掌握的知识。