【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8） DF创客社区

驴友花雕 发表于 2021-11-20 10:38:46

【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8）

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（08）---四位32段点阵屏

驴友花雕 发表于 2021-11-20 18:57:00

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪
实验开源代码

/*
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪
接脚连线：MAX9814 接A0
MAX7219 UNO
VCC →→→→→ 5V
GND →→→→→ GND
DIN →→→→→ D11（数据，数据接收引脚）
CS →→→→→ D10（负载，命令接收引脚）
CLK →→→→→ D13（时钟，时钟引脚）
*/

#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 2021-11-20 10:53:29

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
【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

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
实验二百一十七：2.9寸epd电子纸屏模块 spi电纸屏黑白红三色eink墨水屏QYEG0290BNS800F6
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311306-1-1.html#pid498640

【花雕测评】【AI】尝试搭建Maixduino几种开发环境
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311383.html
【花雕测评】【AI】MaixPy基本使用、显示文字及摄像机的22个小项目
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311389.html
【花雕测评】【AI】Mind+图片文字显示、呼吸灯和网络应用的22项小实验
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311386.html
【花雕测评】【AI】MaixPy机器视觉与Color识别的8个尝试
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311393.html
【花雕测评】【AI】Mind+机器视觉之数字图像处理和显示的22种小测试
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311405.html
【花雕测评】【AI】MaixPy之神经网络KPU与人脸识别的初步体验
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311400.html
【花雕测评】【AI】Mind+机器视觉之颜色、维码与形状识别的8个小实验
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311417.html

驴友花雕 发表于 2021-11-20 15:24:56

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
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】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
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 →→→→→ D11（数据，数据接收引脚）
CS →→→→→ D10（负载，命令接收引脚）
CLK →→→→→ D13（时钟，时钟引脚）
*/

#include "LedControl.h"

/* Led matrix - Max7219 Declared */
LedControl lc = LedControl(11, 13, 10, 1);

const int maxScale = 11;

/* Sensor - Max9812 Declared */
const int sensorPin = A0;
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, 2); // 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(10);
}

}

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 2021-11-20 11:34:47

8X32 LED点阵显示级联模块，MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。整个设备包含一个150μA的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。只需要3个IO口即可驱动1个点阵！

驴友花雕 发表于 2021-11-20 11:38:52

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/MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。MAX7221与SPI™、QSPI™以及 MICROWIRE™相兼容，同时它有限制回转电流的段驱动来减少EMI（电磁干扰）。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219/MAX7221同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。整个设备包含一个150μA的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。

驴友花雕 发表于 2021-11-20 12:31:30

模块电原理图

驴友花雕 发表于 2021-11-20 12:50:39

接线示意图

驴友花雕 发表于 2021-11-20 12:53:31

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 2021-11-20 15:40:39

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-11-20 16:32:51

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏项目之一：八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯
实验视频剪辑
https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTMyMzM2MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1
https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTMyMzM2MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2021-11-20 17:14:22

实验场景动态图之二

驴友花雕 发表于 2021-11-20 17:20:16

实验视频剪辑

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

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

驴友花雕 发表于 2021-11-20 19:55:38

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-11-20 20:07:28

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪

实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTM3MzU1Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTM3MzU1Ng==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2021-11-20 20:21:59

实验场景动态图2

驴友花雕 发表于 2021-11-20 20:29:13

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪

实验视频剪辑2

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTM4NjE4NA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTM4NjE4NA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2021-11-22 06:48:36

实验场景图
用杜邦线引出D2管脚，作为触摸开关，可以转换五种显示频谱的模式，后面还有三种

驴友花雕 发表于 2021-11-22 07:03:35

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪

实验视频剪辑 3

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTQ2NDIzMg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTQ2NDIzMg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

驴友花雕 发表于 2021-11-22 07:13:18

实验场景动态图

驴友花雕 发表于 2021-11-22 07:16:33

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目（08）---四位32段点阵屏
项目之二：多档arduinoFFT浮点32段频谱仪

实验视频剪辑 4

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTc5OTQ0MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgyMTc5OTQ0MA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.3

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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8）