Display de Luz e Som com Arduino: Hino Nacional dos EUA

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade	Observações
Arduino Nano R3 (ATmega328P, old bootloader)	1
Buzzer (16Ω usado no projeto)	1	Qualquer buzzer serve
Push-buttons 6x6x6mm (ou 12mm)	2	Um para hino, outro para "Charge"
Chave rocker (liga/desliga)	1	Para alimentação externa
Resistores 330Ω	3	Para LEDs (limita corrente a ~13-20mA)
LEDs (2 vermelhos, 2 brancos, 2 azuis)	6	Vermelho 2.2V, outros 3.2V
Mini protoboard soldável (ou perfurada)	1
Bateria 9V (com suporte)	1	Ou 4x AA, ou USB

Ferramentas

Ferro de solda

Sobre o Projeto

Projeto que toca o Hino Nacional dos EUA (The Star-Spangled Banner) com acompanhamento de LEDs sincronizados, além do som "Charge" (tocado em estádios). Dois botões controlam as músicas; quando nenhum é pressionado, LEDs fazem efeito "twinkle" aleatório.

Vídeo demo: https://youtu.be/C2jyn80Mjus

Estrutura do Código

Uso intensivo de funções para modularizar notas e controle de LEDs
Função SingleDWwithNote() toca nota + acende LED correspondente com suporte a staccato
Pitch aumenta progressivamente a cada execução do hino (reset no reboot)
Botão "Charge" usa interrupção (pino D3 no Nano)

Conexões (Resumo)

Buzzer: Pino D9
LEDs Vermelhos: Pino D6 (2 em paralelo)
LEDs Brancos: Pino D7 (2 em paralelo)
LEDs Azuis: Pino D8 (2 em paralelo)
Botão Início (Hino): D5 (INPUT_PULLUP)
Botão Charge: D3 (INPUT_PULLUP, interrupção)
Alimentação: Bateria 9V → VIN/GND do Nano

Detalhes Musicais

BPM base: 104 (quarter note = 577ms)
Notas mapeadas: Bb3 (233Hz) até F5 (698Hz)
Staccato: x=0.92, y=0.08 (nota 92% on, 8% rest)
Retard (ralentando) no final: n *= 1.08 depois 1.20
Transposição final: todas as notas × 1.06³ (3 semitons acima)

Código Completo

/* Star Spangled Banner com LEDs
   Criado por Ryan Aebi, Junho 2018 */

// --- Pinos ---
const int ChargeButton = 3;   // D3 (interrupção)
const int StartButton  = 5;   // D5
const int BuzzerPin    = 9;   // D9
const int RedLED       = 6;   // D6
const int WhiteLED     = 7;   // D7
const int BlueLED      = 8;   // D8

// --- Variáveis de tempo ---
int n = 1000;
int DurationOn = n, DurationRest = n;
float x = 0.66, y = 0.34;     // Para twinkle
int Twinkle_Rate = 250;       // Taxa do efeito aleatório

// --- Estados dos botões ---
int StartButtonState, ChargeButtonState;

// --- Frequências das notas (Hz) ---
int Note1 = 233;  // Bb3
int Note2 = 294;  // D4
int Note3 = 330;  // E4
int Note4 = 349;  // F4
int Note5 = 392;  // G4
int Note6 = 440;  // A4
int Note7 = 466;  // Bb4
int Note8 = 523;  // C5
int Note9 = 587;  // D5
int Note10 = 622; // Eb5
int Note11 = 698; // F5

// --- Função: Som "Charge" ---
void Charge() {
  n = 600;
  digitalWrite(RedLED, HIGH);   tone(BuzzerPin, 392, n/3); delay(n/3); digitalWrite(RedLED, LOW);   delay(70);
  digitalWrite(WhiteLED, HIGH); tone(BuzzerPin, 523, n/3); delay(n/3); digitalWrite(WhiteLED, LOW); delay(70);
  digitalWrite(BlueLED, HIGH);  tone(BuzzerPin, 659, n/3); delay(n/3); digitalWrite(BlueLED, LOW);  delay(70);
  digitalWrite(RedLED, HIGH); digitalWrite(WhiteLED, HIGH); digitalWrite(BlueLED, HIGH);
  tone(BuzzerPin, 784, n*3/4); delay(n*3/4);
  digitalWrite(BlueLED, LOW); digitalWrite(RedLED, LOW); digitalWrite(WhiteLED, LOW); delay(70);
  digitalWrite(BlueLED, HIGH); tone(BuzzerPin, 659, n/4); delay(n/4); digitalWrite(BlueLED, LOW); delay(70);
  digitalWrite(RedLED, HIGH); digitalWrite(WhiteLED, HIGH); digitalWrite(BlueLED, HIGH);
  tone(BuzzerPin, 784, n*2); delay(n*2);
  digitalWrite(BlueLED, LOW); digitalWrite(RedLED, LOW); digitalWrite(WhiteLED, LOW); delay(70);
}

// --- Função auxiliar: Nota + LED + Staccato ---
void SingleDWwithNote(int HZ, int TurnOn, int Duration, int Staccato) {
  if (Staccato == 1) DurationOn = Duration * x;
  else DurationOn = Duration;
  
  digitalWrite(TurnOn, HIGH);
  tone(BuzzerPin, HZ, DurationOn);
  delay(DurationOn);
  digitalWrite(TurnOn, LOW);
  
  if (Staccato == 1) {
    DurationRest = Duration * y;
    delay(DurationRest);
  }
}

// --- Função: Hino Nacional EUA ---
void USNationalAnthem() {
  n = 577; // 60000/104 BPM
  x = 0.92; y = 0.08; // Staccato forte
  
  // Barras 1-5 (Linha 1)
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n*3/4, 1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n/4,   1);
  SingleDWwithNote(Note1, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, WhiteLED, n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n*3/4, 1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n/4,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note3, BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  
  // Barras 6-9 (Linha 2)
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n*3/2, 1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note5, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note1, BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n*3/4, 1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n/4,   1);
  
  // Barras 10-13 (Linha 3) - Repete início com variação
  SingleDWwithNote(Note1, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, WhiteLED, n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n*3/4, 1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n/4,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note3, BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  
  // Barras 14-17 (Linha 4, fim página 1)
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n*3/2, 1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note5, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4, BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note1, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n/2,   1);
  
  // Barras 18-21 (Linha 5, início página 2)
  SingleDWwithNote(Note9,  BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note11, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note11, WhiteLED, n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9,  BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note8,  WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note9,  BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n,     1);
  
  // Barras 22-25 (Linha 6)
  SingleDWwithNote(Note9,  WhiteLED, n*3/2, 1);
  SingleDWwithNote(Note8,  BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7,  WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note6,  RedLED,   n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note5,  BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note6,  RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7,  WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note2,  BlueLED,  n,     1);
  SingleDWwithNote(Note3,  RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note4,  WhiteLED, n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4,  RedLED,   n,     1);
  
  n = n * 1.08; // Retard: 96 BPM
  
  // Barras 26-28 (Linha 7)
  SingleDWwithNote(Note7, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note5, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note5, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note5, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9,  BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note8,  WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7,  RedLED,   n/2,   1);
  
  // Barras 29-30
  SingleDWwithNote(Note7, RedLED,   n,     1);
  SingleDWwithNote(Note6, BlueLED,  n*2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note4, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note7, BlueLED,  n*3/2, 1);
  SingleDWwithNote(Note8, WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9, BlueLED,  n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,  n/2,   1);
  
  n = n * 1.2; // Grande retard final
  
  // Barras 31-34 (Fim)
  SingleDWwithNote(Note11, WhiteLED, n*2,   1); // "Free" - nota longa
  SingleDWwithNote(Note7,  RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note8,  WhiteLED, n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note9,  BlueLED,  n*3/2, 1);
  SingleDWwithNote(Note10, RedLED,   n/2,   1);
  SingleDWwithNote(Note8,  WhiteLED, n,     1);
  SingleDWwithNote(Note7,  RedLED,   n*3,   1); // "Brave" - nota final longa
  
  // Transposição: sobe 3 semitons (×1.06³) para próxima execução
  for (int i = 1; i <= 11; i++) {
    int* notePtr = (i==1)?&Note1:(i==2)?&Note2:(i==3)?&Note3:(i==4)?&Note4:
                   (i==5)?&Note5:(i==6)?&Note6:(i==7)?&Note7:(i==8)?&Note8:
                   (i==9)?&Note9:(i==10)?&Note10:&Note11;
    *notePtr = *notePtr * 1.06 * 1.06 * 1.06;
  }
}

// --- Função: Efeito Twinkle (LEDs aleatórios) ---
void Twinkle(int Twinkle_Time) {
  Twinkle_Time = Twinkle_Time / Twinkle_Rate; // Normaliza
  for (; Twinkle_Time > 0; Twinkle_Time--) {
    int B = random(1, 4); // 1, 2 ou 3
    int C = random(1, 4);
    
    if (B == 1) digitalWrite(RedLED, HIGH);
    if (B == 2) digitalWrite(WhiteLED, HIGH);
    if (B == 3) digitalWrite(BlueLED, HIGH);
    if (C == 1) digitalWrite(RedLED, HIGH);
    if (C == 2) digitalWrite(WhiteLED, HIGH);
    if (C == 3) digitalWrite(BlueLED, HIGH);
    
    delay(Twinkle_Rate);
    
    if (B == 1) digitalWrite(RedLED, LOW);
    if (B == 2) digitalWrite(WhiteLED, LOW);
    if (B == 3) digitalWrite(BlueLED, LOW);
    if (C == 1) digitalWrite(RedLED, LOW);
    if (C == 2) digitalWrite(WhiteLED, LOW);
    if (C == 3) digitalWrite(BlueLED, LOW);
  }
}

// --- Setup ---
void setup() {
  pinMode(ChargeButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(StartButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(RedLED, OUTPUT);
  pinMode(WhiteLED, OUTPUT);
  pinMode(BlueLED, OUTPUT);
  pinMode(BuzzerPin, OUTPUT);
  
  digitalWrite(RedLED, LOW);
  digitalWrite(WhiteLED, LOW);
  digitalWrite(BlueLED, LOW);
}

// --- Loop Principal ---
void loop() {
  StartButtonState  = digitalRead(StartButton);  // LOW = pressionado
  ChargeButtonState = digitalRead(ChargeButton); // LOW = pressionado
  
  if (StartButtonState == LOW) {
    USNationalAnthem();
  } else if (ChargeButtonState == LOW) {
    Charge();
  } else {
    Twinkle(Twinkle_Rate); // Efeito aleatório contínuo
  }
}

Esquemáticos e Fotos

O projeto inclui diagramas Fritzing (protoboard e soldado), fotos da montagem interna e planilha de custos com links de compra.

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Sistema de controle de automação

Tecnologia industrial