【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6） DF创客社区

驴友花雕 发表于 2021-10-9 21:13:09

【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）

偶然脑子发热心血来潮，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（06）---点阵频谱灯
项目所需材料如下：

驴友花雕 发表于 2021-10-13 18:02:12

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之三：arduinoFFT浮点频谱灯

实验开源代码

/*
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之三：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_DEVICES4
#define CLK_PIN 13
#define DATA_PIN11
#define CS_PIN 10
#definexres 32
#defineyres 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;
double vImag;
char data_avgs;

int yvalue;
int displaycolumn , displayvalue;
int peaks;
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= value/8;
   vImag = 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 = 0;
   for (int k=0 ; k< step ; k++) {
      data_avgs = data_avgs + vReal;
   }
   data_avgs = data_avgs/step;
   c++;
}

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

   peaks = peaks-1;
   if (yvalue > peaks)
      peaks = yvalue ;
   yvalue = peaks;
   displayvalue=MY_ARRAY;
   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=MY_MODE_2;
   }
   break;
case 2:
   displaymode = 3;
   for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
   MY_ARRAY=MY_MODE_3;
   }
   break;
case 3:
   displaymode = 4;
   for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
   MY_ARRAY=MY_MODE_4;
   }
   break;
case 4:
   displaymode = 5;
   for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
   MY_ARRAY=MY_MODE_5;
   }
   break;
case 5:
   displaymode = 1;
   for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
   MY_ARRAY=MY_MODE_1;
   }
   break;
}

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

驴友花雕 发表于 2021-10-9 21:22:26

Arduino 系列传感器和执行器模块实验目录清单：
一块扩展板完成Arduino的10类37项实验（代码+图形+仿真）
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-280845-1-1.html
连杆形式的腿机构十一种：盘点机器人行走背后的机械原理
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308097-1-1.html
【花雕动手做】超低成本，尝试五十元的麦克纳姆轮小车！
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307863-1-1.html
【花雕动手做】超迷你哦，用徽商香烟盒做个智能小车！
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307907-1-1.html
【花雕动手做】太搞笑啦，一支胶管制成二只蠕动机器人
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308046-1-1.html
【花雕动手做】快餐盒盖，极低成本搭建机器人实验平台
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308063-1-1.html
【花雕动手做】特别苗条，使用微波传感器控制的纤细小车
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308866-1-1.html
【花雕动手做】脑洞大开、五花八门的简易机器人66种
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307900-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（1）---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（2）---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（3）---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（4）---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（5）---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html

实验一百五十八：QMC5883L电子指南针罗盘模块三轴磁场传感器GY-271
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308195-1-1.html
实验一百六十三：BMI160 6轴惯性运动传感器 16位3轴加速度+超低功耗3轴陀螺仪I2C/SPI 14LGA
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310371-1-1.html
实验一百六十五：2.4 英寸 TFT LCD 触摸屏模块 XPT2046 PCB ILI9341 240x320 像素 8 位 SPI 串口显示器 300mA
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-309803-1-1.html
实验一百七十六：6mm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
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-309845-1-1.html
实验一百七十九：0.66英寸OLED显示模块液晶屏模块IIC/I2C接口 64*48像素 SSD1306驱动芯片
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311179-1-1.html
实验一百八十一：1.3寸OLED液晶屏I2C IIC通信 4针模块 1106/1306驱动 128*64像素
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311123-1-1.html
实验一百八十三：GY-530 VL53L0X 激光测距 ToF测距飞行时间测距传感器模块 IIC通信协议
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310273-1-1.html
实验一百八十五：MAX4466声音传感器驻极体话筒放大器麦克风可调功放模块 microphone
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310193-1-1.html
实验一百八十九：TDA1308 硅麦克风数字咪头放大模块拾音器放大板楼氏SUNLEPHANT
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310246-1-1.html
实验一百九十三：TCS34725颜色识别传感器 RGB IIC明光感应模块 ColorSensor
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310209-1-1.html
实验二百：RCWL-0515微波雷达感应开关人体感应智能感应探测传感器 12-15米远距离2.7G微波检测模块
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310313-1-1.html
实验二百零一：OPT101模拟光照传感器 TEMT6000光强度模块单片光电二极管 YourCee
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311164-1-1.html
实验二百零三：Air724UG合宙 Cat14G模块 DTU物联网UART串口通信数据TCP透传核心板组合套餐
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310342-1-1.html
实验二百零七：I2C红色8*8LED点阵模块ht16k33驱动1088BS树莓派物联网可扩展编程
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310951-1-1.html
实验二百零九：Gravity: I2C & UART BC20 NB-IoT & GNSS通信模块 NB-IoT广域低功耗无线通信 GPS/北斗精准定位
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310433-1-1.html

驴友花雕 发表于 2022-10-5 09:50:08

【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（1）---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（2）---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（3）---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（4）---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（5）---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（7）---大方格频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311364-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8）---四位32段点阵屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311490-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（9）---X Music Spectrum
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311627-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（10）---WS2812硬板屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311641-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（11）---WS2812幻彩灯带
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313648-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（12）---米管快速节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313708-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（13）---有机棒立柱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313723-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14）---水杯水瓶灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313803-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（15）--横排LED方管灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313811-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（16）--热干胶棒棒灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313844-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（17）--光导纤维灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313867-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（18）--LED平面板灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313951-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（19）--通体光纤灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313962-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（20）--首饰盒镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313969-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（21）--CD 光盘灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313984-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（22）--LED无限魔方
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313994-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（23）--3合1闪点光纤
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314168-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（24）--无限LED镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314180-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化（25）--水龙卷旋涡灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314231-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（26）--LED 超立方体
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314244-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（27）--磁搅LED水旋灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314273-1-1.html

驴友花雕 发表于 2021-10-12 06:36:49

MAX7219
是美国MAXIM 公司推出的多位LED 显示驱动器，采用3 线串行接口传送数据，可直接与单片机接口连接，用户能方便修改其内部参数，以实现多位LED 显示。它内含硬件动态扫描电路、BCD译码器、段驱动器和位驱动器。此外，其内部还含有8X8 位静态RAM,用于存放8 个数字的显示数据。显然，它可直接驱动64 段LED点阵显示器。当多片MAX7219 级联时，可控制更多的LED 点阵显示器。显示的数据通过单片机数据处理后，送给MAX7219 显示。

MAX7219点阵显示模块（8X8 LED共阴）模块参数：
1.单个模块可以驱动一个8*8共阴点阵
2.模块工作电压：5V
3.模块尺寸：长5厘米X宽3.2厘米X高1.5厘米
4.带4个固定螺丝孔，孔径3mm，可使用本店M3铜柱固定
5.模块带输入输出接口，支持多个模块级联

驴友花雕 发表于 2021-10-12 06:45:39

MAX7219模块电原理图

驴友花雕 发表于 2021-10-12 06:55:53

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

驴友花雕 发表于 2021-10-12 08:38:13

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯项目之一：八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯
实验开源代码
/*
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之一：八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯
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;
unsigned int displayPeak;
unsigned int temp={0,0,0,0,0,0,0,0};
unsigned int signalMaxBuff;
unsigned int signalMinBuff;

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 = signalMax;
signalMinBuff = 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;
}
}

驴友花雕 发表于 2021-10-12 09:56:52

实验场景图

驴友花雕 发表于 2021-10-12 13:38:48

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之一：八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯

实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjY3Nzc4MA==.html?firsttime=0

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjY3Nzc4MA==.html?firsttime=0

驴友花雕 发表于 2021-10-12 13:49:35

实验场景动态图

ndqFNC53TIA9 发表于 2021-10-12 19:05:07

挺好看的,可以自己做

驴友花雕 发表于 2021-10-13 06:04:05

ndqFNC53TIA9 发表于 2021-10-12 19:05
挺好看的,可以自己做

试试看，多交流

驴友花雕 发表于 2021-10-13 09:23:18

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之一：两位点阵屏八段分频音乐频谱仪
实验场景图

驴友花雕 发表于 2021-10-13 09:36:25

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-10-13 09:45:12

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之两位点阵屏八段分频音乐频谱仪

实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjgzMTQ5Mg==.html?firsttime=0

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjgzMTQ5Mg==.html?firsttime=0

驴友花雕 发表于 2021-10-13 13:09:27

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之二：FFT算法，八段音乐可视化动态频谱仪

实验开源代码

/*
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
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, 4);

arduinoFFT FFT = arduinoFFT();

double realComponent;

double imagComponent;

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(A6),0,1023,50,100);

Serial.println (analogRead(A6));

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;

c = 31 - i;

disp.setColumn(c, value);

}

}

驴友花雕 发表于 2021-10-13 13:21:25

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之二：FFT算法，八段音乐可视化动态频谱仪

实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjkwMjA5Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjkwMjA5Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2021-10-13 13:25:23

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-10-13 14:00:43

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之十六段音乐可视化动态频谱仪（使用FFT算法）

实验视频剪辑

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

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

驴友花雕 发表于 2021-10-13 14:02:57

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-10-13 18:26:24

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目（06）---点阵频谱灯
项目之三：arduinoFFT浮点频谱灯

实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjk4ODQyMA==.html?firsttime=0

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjk4ODQyMA==.html

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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）