samedi 27 mai 2017

Livre: Arduino Music and Audio Projects par Mike Cook



Arduino Music and Audio Projets
par Mike Cook
481 pages
Éditions Apress, 2015

Mes recommandations concernant Arduino Music and Audio Projets sont simples: si vous ne vous intéressez pas particulièrement au potentiel musical de l'Arduino, cette publication ne sera d'aucun intérêt pour vous.  Par contre, si vous aimeriez fabriquer des instruments de musique à base d'Arduino, ou encore utiliser l'Arduino pour produire ou modifier des sons, alors la lecture de ce livre est essentielle!

Mike Cook, qui est physicien de formation,  est également co-auteur du livre Raspberry Pi pour les Nuls. S'il vous arrive de fréquenter la version anglophone du forum Arduino, vous avez peut-être eu l'occasion de profiter de ses  interventions fort pertinentes rédigées sous le pseudonyme de Grumpy_Mike:  au moment où j'écris ces lignes, il y en a presque 50 000!

Arduino Music and Audio Projets est divisé en trois parties:

Première partie:  MIDI et OSC

Dans cette première partie, qui occupe à elle seule plus de la moitié des pages du livre, l'auteur nous présente les protocoles MIDI et OSC, qui permettent la communications entre instruments de musique électroniques.

Plusieurs projets complets, de niveaux de difficulté variables, nous sont présentés:  même note jouée simultanément sur plusieurs canaux, accord à un doigt, arpégiateur, écho, délais, looper MIDI, Spoon-o-Phone (un clavier MIDI rudimentaire qui se joue au moyen d'une cuillère), thérémine MIDI (à base de télémètres infrarouge SHARP), MIDI air drums (avec Wii Nunchuck), jeu de lumière contrôlé par MIDI, harpe MIDI (comportant une vraie harpe dont chaque corde peut être pincée par un mécanisme à moteur), Dunocaster (un instrument qui rappelle une guitare électrique), monome OSC, pendule MIDI, clavier MIDI géant (actionné en marchant sur les touches), Glockenspiel MIDI (chaque lamelle étant frappée par un solénoïde).

À titre d'exemple, la vidéo ci-dessous montre l'Arduinocaster en action.



Deuxième partie:  synthèse de son

Alors que dans la première partie, l'Arduino servait à produire ou à relayer des messages MIDI ou OSC, on s'attaque ici à la production d'un signal sonore au moyen de l'Arduino, auquel on a branché un haut-parleur:  onde carrée, triangulaire, en dent de scie ou sinusoïdale, polyphonie.  Ces concepts sont mis en pratique dans la fabrication d'un SpoonDuino:  un autre instrument  contrôlé par une cuillère, capable de produire des sons complexes (voir la vidéo ci-dessous).




Troisième partie: traitement de signal sonore

Finalement, cette troisième partie consiste à échantillonner de véritables sons et les modifier avant de les transmettre à un haut-parleur. Par exemple:  enregistrer votre voix et la rejouer un octave plus haut ou plus bas, ajouter de l'écho, des filtres, etc.   Ici, on s'approche des limites (mémoire et rapidité) de l'Arduino Uno, ce qui oblige à faire certains compromis concernant la durée des échantillons, la fréquence d'échantillonnage et la résolution.  Pour certains projets, on doit même utiliser l'Arduino Due, plus puissant que l'Uno.

Tout est clairement expliqué:  Mike Cook ne se contente pas de vous fournir la recette, il vous explique de façon détaillée comment les choses fonctionnent et les raisons pour lesquelles on procède de cette façon (c'est quand même un livre de 500 pages).  Évidemment, tous les sketches sont fournis (et peuvent être récupérés en ligne sur gitHub).

En lisant ce livre, vous aurez l'occasion d'apprendre tout un tas de concepts concernant l'acoustique, l'électronique et la programmation.  Je ne le recommanderais pas à un débutant, toutefois:  pour profiter pleinement du contenu, vous devriez avoir déjà eu l'occasion de réaliser quelques projets simples avec l'Arduino.

Bien sûr, il faut comprendre l'anglais...puisqu'il s'agit d'un livre très spécialisé, je serais surpris qu'il soit un jour traduit en français.

Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

mercredi 17 mai 2017

Jouer une mélodie avec le STM32 Nucleo (mbed)


Aujourd'hui, nous allons faire en sorte que notre carte STM32 Nucleo joue une petite mélodie.

Il est possible de faire de la synthèse de son assez sophistiquée grâce au STM32, mais nous nous limiterons à la génération d'un signal PWM dont nous ferons varier la fréquence, afin d'obtenir un résultat similaire à l'utilisation des instructions "tone" et "noTone" sur une carte Arduino.

Le circuit

Tel que discuté dans un précédent article, il est plutôt risqué de brancher un haut-parleur directement à une sortie du Nucleo:  la résistance d'un haut-parleur étant typiquement très faible (inférieure à 10 Ω), il en résulterait un courant trop intense qui risquerait à la longue d'endommager le STM32.  Une méthode beaucoup plus appropriée consiste à insérer un transistor entre la sortie du Nucleo et le haut-parleur.

Voici le schéma du circuit que j'ai utilisé.  Le potentiomètre est facultatif:  il permet de contrôler le volume sonore.

Plutôt qu'un MOSFET, vous pouvez utiliser un transistor NPN avec une résistance de quelques kΩ à sa base (plus de détails ici).

Le script

Voici un script programmé dans mbed.  Après avoir défini la pin D9 comme une sortie PWM au moyen de la fonction PWMOut, on peut régler sa période et son rapport cyclique.  La période est liée à la hauteur de la note jouée, alors que le rapport cyclique permet de contrôler le volume.

La constante "note" est un tableau contenant la fréquence associée aux 11 notes contenues dans un octave.

La mélodie se trouve dans la constante "melodie".  Il s'agit d'un tableau bi-dimensionnel contenant chacune des notes devant être jouée, de façon séquentielle.  Chaque note comporte trois paramètres:  la valeur de la note (0 pour do, 1 pour do#, 2 pour ré, jusqu'à 11 pour si), le numéro de l'octave (1 pour l'octave le plus grave, 2 pour l'octave suivant, etc.), et finalement la durée de la note (1 pour une croche, 2 pour une noire, 4 pour une ronde).

Vous pouvez facilement modifier le contenu de la constante "melodie" afin de faire jouer autre chose par votre carte Nucleo, sans avoir à changer quoi que ce soit au reste du programme.


Vidéo de la carte Nucleo en action



Yves Pelletier   (TwitterFacebook)

dimanche 14 mai 2017

Horloge temps réel DS1307 et MSP430 Launchpad (Energia)

Aujourd'hui, je vous propose un petit guide qui vous guidera dans l'utilisation d'un module RTC (horloge temps réel) DS1307 avec votre carte MSP430 Launchpad.  Ça peut s'avérer particulièrement utile si vous désirez fabriquer une horloge au moyen de votre Launchpad, ou si votre projet nécessite que votre Launchpad connaisse la date et l'heure exacte en tout temps (dans un système de data logging, par exemple).  Pour programmer le Launchpad, nous utiliserons le logiciel Energia.

Mise en garde

J'ai utilisé un module DS1307 parce c'est ce que j'avais sous la main.  Mais  en théorie, le DS1307 nécessite une tension d'alimentation de 5 V, alors que votre Launchpad fonctionne sous 3,3 V. Mon propre module a parfaitement fonctionné sous cette faible tension, mais il serait exagérément optimiste de supposer que tous les modules DS1307 peuvent s'accommoder d'une tension aussi basse. Donc, si vous disposez déjà d'un module DS1307, vous pouvez vérifier s'il accepte de fonctionner sous 3,3 V, tout comme le mien.  Mais si vous vous apprêtez à faire l'acquisition d'un module RTC dans le but de l'utiliser avec un Launchpad, il serait nettement plus approprié de vous procurer un module RTC conçu pour fonctionner sous 3,3 V (le PCF8523, par exemple).

Le module RTC DS1307

C'est la compagnie Maxim qui fabrique le circuit intégré DS1307, mais c'est plus pratique d'utiliser un module déjà prêt à l'emploi, comportant une petite pile qui permettra à votre horloge de conserver la bonne heure même pendant que votre Launchpad n'est pas sous tension.  J'ai utilisé un module chinois qui est très similaire au module commercialisé par Adafruit.

Téléchargement de la bibliothèque

J'ai utilisé d'excellents résultats avec la bibliothèque RTCLib.  Notez que cette bibliothèque n'est pas spécifique au Launchpad: c'est exactement la même version que pour l'Arduino.

Branchements

Ici, les choses peuvent se compliquer un peu.    Je commence par vous présenter le montage le plus simple, qui a très bien fonctionné pour moi.  Ensuite, au cas où ça ne fonctionnerait pas si bien pour vous, nous verrons quelques modifications pouvant être apportées à ce montage.

Le module RTC comporte 7 connecteurs, ce qui peut à première vue sembler un peu intimidant.   Mais pour une utilisation de base, seuls 4 connecteurs nous seront utiles:  deux connecteurs qui servent à l'alimentation du module, et deux connecteurs servant à la communication au moyen du protocole  i2c.


J'ai branché le module RTC de la façon suivante:
  • Pin GND du module RTC --- Pin GND du Launchpad
  • Pin Vcc du module RTC --- Pin VCC du Launchpad
  • Pin Sda du module RTC --- Pin P2.2 du Launchpad
  • Pin Scl du module RTC --- Pin P2.1 du Launchpad
Si vous vous inquiétez de l'absence de résistances pull-up, c'est qu'elles sont déjà présentes à l'intérieur de mon module RTC (3,3 kΩ, d'après ce que j'ai mesuré).  J'ignore si tous les modules RTC à base de DS1307 comportent déjà ces résistances ou non.

Si ce circuit ne fonctionne pas de votre côté, plusieurs raisons sont possibles:

- Peut-être que votre module RTC n'est pas muni de résistances pull-up, et que vous devez les ajouter vous-mêmes (4,7 kΩ devraient faire l'affaire).

- Si vous utilisez une vieille version d'Energia, les connecteurs I2C pourraient se trouver plutôt aux pins P1.6 et P1.7  (assurez-vous alors de retirer le jumper qui permet d'allumer la LED 2 intégrée à la carte).

- Ça pourrait être parce que votre module nécessite 5 V (ce qui est normal:  il s'agit de la tension recommandée par le fabricant).  Il existe une sortie 5 V non-officielle sur votre Launchpad:  il s'agit de souder un connecteur dans le trou "TP1" situé sous le port mini-usb.



Vous pouvez alimenter le module RTC sous 5 V en utilisant cette sortie, mais tout en évitant que les lignes de communication (Sda et Scl) ne dépassent 3,3 V.  Si votre module ne comporte pas déjà de résistances pull up reliant Vcc à Sda et Scl, le circuit ci-dessous serait approprié.


Sketch

Puisque la bibliothèque TRCLib a été conçue en fonction d'une utilisation avec l'Arduino, les exemples qui l'accompagnent utilisent une vitesse de communication de 57600 bauds:  ça semble trop rapide pour le Launchpad, car Energia n'a accepté d'afficher les messages qu'à 9600 bauds.

Voici un sketch fortement inspiré de l'exemple "ds1307".  Il affiche dans le moniteur série l'heure et la date, dans deux formats différents.




Yves Pelletier   (TwitterFacebook)