【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯

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偶然心血来潮，想要做一个声音可视化的系列专题。这个专题的难度有点高，涉及面也比较广泛，相关的FFT和FHT等算法也相当复杂，不过还是打算从最简单的开始，实际动手做做试验，耐心尝试一下各种方案，逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料，也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

 

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯

 

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Jacktang

具体怎么个技术方案，可以介绍一下

annysky2012

等待你的成果

soso

哈哈 期待期待：）

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6mm大尺寸8x8LED方块方格点阵模块 可级联 红绿蓝白色 可选8级亮度

主要特性：
1：使用MAX7219专用驱动芯片，可级联
2、只需要3个IO即可驱动，不需MCU扫描，节省MCU资源
3、大尺寸的6mm像素大小的方块点阵，有红色，翠绿，蓝色，白色可选，效果非常漂亮，可独立控制每个点的亮灭
4、支持8级亮度调节
5、板子带两个3mm安装孔方便固定，拼接时可掰断安装孔无缝拼接
6、模块尺寸：7.1*6.0（cm)

 

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soso 发表于 2021-11-4 10:57 哈哈 期待期待：）

谢谢老师的鼓励

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大方格模块电原理图

 

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Jacktang 发表于 2021-11-3 20:52 具体怎么个技术方案，可以介绍一下

谢谢鼓励，争取尽快做实验.......

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annysky2012 发表于 2021-11-4 09:03 等待你的成果

谢谢鼓励

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★ 能在低电压、小电流条件下驱动发光
★ 发光响应时间极短(<0.1μs),高频特性好,单色性好,亮度高
★ 体积小,重量轻,抗冲击性能好.固态封装,封装方式为灌胶型,稳定性高
★ 寿命长,使用寿命在5万小时以上
★ 可连续扫描驱动各字节
★ 良好的显示效果、视角宽
★ 推荐恒流使用,恒压会出现亮度不均匀现象
★ 表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来
★ 焊接温度: 260℃ 停留时间最长5秒
★ 当工作温度高于25℃时,Ifm,ifp和Id必须降低;电流降低率是-036mA/℃(直流驱动)，或-0.86mA/℃(脉冲驱动)功耗率是-0.75mW/℃。产品的工作电流不能大于对应工作温度条件Ifm或Ifp的60%。
★ 蓝色,翠绿色,白色请采取防静电措施

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MAX9814是一款低成本高性能麦克风放大器，具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
●自动增益控制(AGC) 
●3种增益设置(40dB、50dB、60dB) 
●可编程动作时间 
●可编程动作和释放时间比 
●电源电压范围2.7V～5.5V  
●低THD：0.04% (典型值) 
●低功耗关断模式 
●内置2V低噪声麦克风偏置

 

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  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
   项目之一：动态音乐频谱仪

   实验开源代码

 

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/*
  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
   项目之一：动态音乐频谱仪
  接脚连线：MAX9814 接A0
  MAX7219       UNO
  VCC  →→→→→ 5V
  GND  →→→→→ GND
  DIN  →→→→→ D12（数据，数据接收引脚）
  CS   →→→→→ D11（负载，命令接收引脚）
  CLK  →→→→→ D10（时钟，时钟引脚）
*/

#include "LedControl.h"

/* Led matrix - Max7219 Declared */
LedControl lc = LedControl(12, 11, 10, 1);

const int maxScale = 11;

/*  Sensor - Max9812 Declared */
const int sensorPin = A4;
const int sampleWindow = 50;  // 50ms = 20Hz
unsigned int sample;

unsigned long startMillis;
unsigned long timeCycle;

unsigned int signalMax = 0;
unsigned int signalMin = 1024;
unsigned char index = 0;

unsigned int peakToPeak[8];
unsigned int displayPeak[8];
unsigned int temp[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
unsigned int signalMaxBuff[8];
unsigned int signalMinBuff[8];


void setup() {
  // Led matrix
  lc.shutdown(0, false); // bật hiện thị
  lc.setIntensity(0, 1); // chỉnh độ sáng
  lc.clearDisplay(0); // tắt tất cả led

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  startMillis = millis();
  //peakToPeak = 0;

  signalMax = 0;
  signalMin = 1024;

  // Get data in 50ms
  while (millis() - startMillis < sampleWindow) {
    sample = analogRead(sensorPin);

    if (sample < 1024) {
      if (sample > signalMax) {
        signalMax = sample;
      }
      if (sample < signalMin) {
        signalMin = sample;
      }
    }

    // 20Hz - 64Hz - 125Hz - 250Hz - 500Hz - 1kHz (timeCycle = 1/F)(ms)
    timeCycle = millis() - startMillis;
    if (timeCycle == 1 || timeCycle == 2 || timeCycle == 4 || timeCycle == 8
        || timeCycle == 16 || timeCycle == 32 || timeCycle == 40 || timeCycle == 50) {
      signalMaxBuff[index] = signalMax;
      signalMinBuff[index] = signalMin;
      index = (index + 1) % 8;
      delay(1);
      //Serial.println(timeCycle);
    }
  }

  // Delete pointer to array
  index = 0;

  // Calculation after get samples
  for (int i = 0; i < 8; i++) {  // i = row (led matrix)
    // sound level
    peakToPeak = signalMaxBuff - signalMinBuff;

    // Map 1v p-p level to the max scale of the display
    displayPeak = map(peakToPeak, 0, 1023, 0, maxScale);

    // Show to led matrix
    displayLed(displayPeak, i);

    // Led drop down
    if (displayPeak >= temp) {
      temp = displayPeak;
    }
    else {
      temp--;
    }

    lc.setLed(0, i, temp, true);
    delayMicroseconds(250);
  }

}

void displayLed(int displayPeak, int row) {
  switch (displayPeak) {
    case 0 : lc.setRow(0, row, 0x80); break;
    case 1 : lc.setRow(0, row, 0xC0); break;
    case 2 : lc.setRow(0, row, 0xE0); break;
    case 3 : lc.setRow(0, row, 0xF0); break;
    case 4 : lc.setRow(0, row, 0xF8); break;
    case 5 : lc.setRow(0, row, 0xFC); break;
    case 6 : lc.setRow(0, row, 0xFE); break;
    case 7 : lc.setRow(0, row, 0xFF); break;
  }
}

 

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实验场景图

 

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  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯

   项目之一：动态音乐频谱仪

   

   实验视频剪辑

  https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMDQ2OTc2MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

 

 

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实验场景动态图

 

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  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
   项目之二：八段音乐可视化动态频谱仪（FFT算法）
   
   实验开源代码

 

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/*
  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
  项目之二：FFT算法，八段音乐可视化动态频谱仪
*/

#include <arduinoFFT.h>

#include <MD_MAX72xx.h>

#include <SPI.h>

MD_MAX72XX disp = MD_MAX72XX(MD_MAX72XX::FC16_HW, 10, 1);

arduinoFFT FFT = arduinoFFT();

double realComponent[64];

double imagComponent[64];

int spectralHeight[] = {0b00000000, 0b10000000, 0b11000000,

                        0b11100000, 0b11110000, 0b11111000,

                        0b11111100, 0b11111110, 0b11111111
                       };

int index, c, value;

void setup()

{

  disp.begin();

  Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

  int sensitivity = map(analogRead(A0), 0, 1023, 50, 100);

  Serial.println (analogRead(A0));

  for (int i = 0; i < 64; i++)

  {

    realComponent = analogRead(A7) / sensitivity;

    imagComponent = 0;

  }

  FFT.Windowing(realComponent, 64, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);

  FFT.Compute(realComponent, imagComponent, 64, FFT_FORWARD);

  FFT.ComplexToMagnitude(realComponent, imagComponent, 64);

  for (int i = 0; i < 32; i++)

  {

    realComponent = constrain(realComponent, 0, 80);

    realComponent = map(realComponent, 0, 80, 0, 8);

    index = realComponent;

    value = spectralHeight[index];

    c = 31 - i;

    disp.setColumn(c, value);

  }

}

 

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实验场景动态图

 

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  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯

   项目之二：八段音乐可视化动态频谱仪（FFT算法）

   

   实验视频剪辑

 

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxNzg5NzEzNg==.html?firsttime=0

 

 

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  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯

   项目之三：多档arduinoFFT浮点频谱灯

   

   实验开源代码

 

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/*
  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（07）---大方格频谱灯
  项目之三：多档arduinoFFT浮点频谱灯
*/

#include <arduinoFFT.h>
#include <MD_MAX72xx.h>
#include <SPI.h>

#define SAMPLES 64
#define HARDWARE_TYPE MD_MAX72XX::FC16_HW
#define MAX_DEVICES  4
#define CLK_PIN   13
#define DATA_PIN  11
#define CS_PIN    10
#define  xres 32
#define  yres 8


int MY_ARRAY[] = {0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255};
int MY_MODE_1[] = {0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255};
int MY_MODE_2[] = {0, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1};
int MY_MODE_3[] = {0, 128, 192, 160, 144, 136, 132, 130, 129};
int MY_MODE_4[] = {0, 128, 192, 160, 208, 232, 244, 250, 253};
int MY_MODE_5[] = {0, 1, 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255};


double vReal[SAMPLES];
double vImag[SAMPLES];
char data_avgs[xres];

int yvalue;
int displaycolumn , displayvalue;
int peaks[xres];
const int buttonPin = 2;
int state = HIGH;
int previousState = LOW;
int displaymode = 1;
unsigned long lastDebounceTime = 0;
unsigned long debounceDelay = 50;


MD_MAX72XX mx = MD_MAX72XX(HARDWARE_TYPE, CS_PIN, MAX_DEVICES);
arduinoFFT FFT = arduinoFFT();



void setup() {

  ADCSRA = 0b11100101;
  ADMUX = 0b00000000;
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  mx.begin();
  delay(50);
}

void loop() {
  // ++ Sampling
  for (int i = 0; i < SAMPLES; i++)
  {
    while (!(ADCSRA & 0x10));
    ADCSRA = 0b11110101 ;
    int value = ADC - 512 ;
    vReal[i] = value / 8;
    vImag[i] = 0;
  }

  FFT.Windowing(vReal, SAMPLES, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);
  FFT.Compute(vReal, vImag, SAMPLES, FFT_FORWARD);
  FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, SAMPLES);

  int step = (SAMPLES / 2) / xres;
  int c = 0;
  for (int i = 0; i < (SAMPLES / 2); i += step)
  {
    data_avgs[c] = 0;
    for (int k = 0 ; k < step ; k++) {
      data_avgs[c] = data_avgs[c] + vReal[i + k];
    }
    data_avgs[c] = data_avgs[c] / step;
    c++;
  }

  for (int i = 0; i < xres; i++)
  {
    data_avgs[i] = constrain(data_avgs[i], 0, 80);
    data_avgs[i] = map(data_avgs[i], 0, 80, 0, yres);
    yvalue = data_avgs[i];

    peaks[i] = peaks[i] - 1;
    if (yvalue > peaks[i])
      peaks[i] = yvalue ;
    yvalue = peaks[i];
    displayvalue = MY_ARRAY[yvalue];
    displaycolumn = 15 - i;
    mx.setColumn(displaycolumn, displayvalue);
  }

  displayModeChange ();
}

void displayModeChange() {
  int reading = digitalRead(buttonPin);
  if (reading == HIGH && previousState == LOW && millis() - lastDebounceTime > debounceDelay)

  {

    switch (displaymode) {
      case 1:
        displaymode = 2;
        for (int i = 0 ; i <= 8 ; i++ ) {
          MY_ARRAY[i] = MY_MODE_2[i];
        }
        break;
      case 2:
        displaymode = 3;
        for (int i = 0 ; i <= 8 ; i++ ) {
          MY_ARRAY[i] = MY_MODE_3[i];
        }
        break;
      case 3:
        displaymode = 4;
        for (int i = 0 ; i <= 8 ; i++ ) {
          MY_ARRAY[i] = MY_MODE_4[i];
        }
        break;
      case 4:
        displaymode = 5;
        for (int i = 0 ; i <= 8 ; i++ ) {
          MY_ARRAY[i] = MY_MODE_5[i];
        }
        break;
      case 5:
        displaymode = 1;
        for (int i = 0 ; i <= 8 ; i++ ) {
          MY_ARRAY[i] = MY_MODE_1[i];
        }
        break;
    }

    lastDebounceTime = millis();
  }
  previousState = reading;
}