动手做 STEM 设计拍子机（三）动手做 STEM 设计拍子

设计概念中，需使用 10KΩ 的电位器， 并配合 Arduino UNO 底板来製作一个「图像拍子机」。

按一般操作旋钮的习惯，顺时针转动电位器顺时针增大讯号，逆时针转动是减少讯号，故此在下面 10KΩ 电位器图片中，左边接脚和右边接脚会分别接驳到 Arduino 电脑版的 GND 和 5V 位置，中间的接脚是讯号输出，就可以製造出顺时针旋转时，中间接脚与左边接脚 GND 的电阻值会变大，电压输出亦会同样增加的效果。

电位器和 Arduino UNO 接驳方式。

Arduino 的类比数码转换器

Arduino 内置了类比数码转换器（ Analog to Digital Converter, ADC ），在 Arduino Uno 底板中，可使用的类比接口为 A0 到 A5 输入，可读取 0 到 5V 的电压输入，解析度为 10 个位元，总共有 1,024 个不同的数值，读取到的值是由 0 到 1,023 。

按照下列的电路图，将电位器的三个接口，连接到 Arduino 的 GND 、 5V 及 A0 ：

按着上图的线路接驳，就可以把电位器作为拍子机的输入，并利用 Arduino 的 A0 类比接口读取电压变化，并将数据转换为不同速度的节拍。

撰写图像节拍器程式

接着是利用编程软件 mBlock ，来建立图像拍子机。首先要认识 mBlock 有「弹奏鼓声」的方块，其中第一个数字是代表不同的乐器，例如 1 是代表军鼓，第二个数字是「拍子」的意思，即是等待多少时间（秒），便会打一
下鼓，例如在下面的方块中，便会每 0.5 秒打一下鼓，同样道理，设定「拍」为 2 时，表示每 2 秒打一下鼓。

于声音里面找出「声音」里面找出「播放声音」方块。

量度音乐速度 BPM

音乐速度可以每分钟多少拍（ Beats per minute ， BPM ）作量度单位，很多时是表示一个特定的音符，例如四分音符，在一分钟内出现的次数。当形容一首歌的速度为 120BPM 。那即是说在这首歌中，每分钟有 120 个四分音符，当然 BPM 的数值越大，音乐速度便越高。

因此，如果想製造出 BPM 为 120 的拍子时，「弹奏鼓声」方块的「拍子」设定就是 60 / 120 = 0.5 （因为一分钟有 60 秒），即是每半秒製造出一下鼓声。

当明白到 BPM 和音乐速度的关係后，就可以继续编写程式，把电位器作为这个拍子机的输入，并且控制拍子的速度。

参考一般市面上机械式拍子机的速度範围，我们先定下拍子机的最高和最低的节拍速度，分别是 40 （ Grave ）和 208 （ Prestissimo ），因此会设计由左至右转动电位器时，音乐速度可以从 40 调节到 208 。刚才介绍了 Arduino 的类比接口为 A0 ，可读取到的值是由 0 到 1,023 ，即时说，我们要将 0 至 1,023 这个範围的数值，转换至 40 至 208 这个範围的数值，因此设计了以下这个数学函式：

在上述公式中的为拍子速度 BPM ， x 为 A0 类比接口读取得到的数值。

在 mBlock 程式中，建立数学函式的方法可参照下图。为简化拍子机的製作，就会产生整数 BPM 速度的拍子，故此于下列的函式中，我们加了一个四捨五入的处理，令到计算出来的 BPM 的数值是一个整数，而不是有小数点后的数字。

设计上用 Arduino UNO ，若过往 mBlock 未曾安装，就需要在「控制器」勾选。

现在接机械人模组就会出现 Arduino 相关方块；然后于「运算」里将相关方块组合拉出及填写数字。

图中就是拍子机的组合方块。

下期待续……