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。已经完成的有:
造物记
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(01)---LED节奏灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311363.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(02)---OLED频谱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311365.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(03)---RGB律动灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311366.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(04)---WS2812条灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311377.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(05)---WS2812柱跳灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311378.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(06)---点阵频谱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311379.html
【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
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311429.html
【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
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311463.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(09)---X Music Spectrum
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311482.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(10)---WS2812硬板屏
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311491.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(11)---WS2812幻彩灯带
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311745.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化项目(12)---米管快速节奏灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311746.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(13)---有机棒立柱灯
https://makelog.dfrobot.com.cn/article-311759.html
【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:
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
MAX7219模块电原理图
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
【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[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[i] = signalMaxBuff[i] - signalMinBuff[i];
// Map 1v p-p level to the max scale of the display
displayPeak[i] = map(peakToPeak[i], 0, 1023, 0, maxScale);
// Show to led matrix
displayLed(displayPeak[i], i);
// Led drop down
if (displayPeak[i] >= temp[i]) {
temp[i] = displayPeak[i];
}
else {
temp[i]--;
}
lc.setLed(0, i, temp[i], 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;
}
}
实验场景图
【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
实验场景动态图
【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
实验场景动态图
【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
【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[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(A6),0,1023,50,100);
Serial.println (analogRead(A6));
for(int i=0; i<64; i++)
{
realComponent[i] = analogRead(A7)/sensitivity;
imagComponent[i] = 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[i] = constrain(realComponent[i],0,80);
realComponent[i] = map(realComponent[i],0,80,0,8);
index = realComponent[i];
value = spectralHeight[index];
c = 31 - i;
disp.setColumn(c, value);
}
}
【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
实验场景动态图
【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
实验场景动态图
【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_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;
}
【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
【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
实验场景动态图
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
十六段arduinoFFT浮点频谱灯
实验视频剪辑
https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMzAwMzEyOA==.html?firsttime=0
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
十六段arduinoFFT浮点频谱灯
实验场景动态图
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
十六段arduinoFFT高速频谱灯
实验视频剪辑
https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMzAxMzcxMg==.html?firsttime=0
【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
十六段arduinoFFT高速频谱灯
实验场景动态图
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