DIY单片机迷你音乐频谱显示器点阵显示带FFT

ID:140725 · 发表于 2016-10-25 14:02

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实现功能：

# 电路制作简单，无需PCB板，只需元器件，采用USB 接口供电

# 采用LED点阵16*8显示，随音频变化而起伏显示

# 自动增益校正功能，音量调大调小都不会过满显示或显示过少(当然，音量也不能太小了。输入音量过小、电平比较低时，可以把音响的音量调小一点，音源的音量调大一些)

电路原理图：

管脚连接说明：

单片机的1脚为音频信号输入端，2~9/32~39为LED1点阵引脚，10~17/24~31为LED2点阵引脚，18/19为晶振、电容引脚，21/22为指示灯引脚（21为负极，22为正极），

40脚为VCC电源5V正极，20脚为GND电源负极(也是音频信号输入负极)，23脚为空脚悬空。

制作说明：

1、用热熔胶或502胶水将USB公头反向粘到芯片底座的左侧（底座缺口一侧）

2、将USB公头上的正极连至40脚，负极连至20脚，将2PIN排针粘到芯片底座的右侧（频谱接口），上端接1脚，下端接20脚

3、2个30PF电容连接至芯片底座的18、19、20脚（一个接18、20脚，另一个接19、20脚）

4、32.768MHZ晶振连接至芯片底座的18、19脚

5、将芯片安放置底座上，缺口对缺口

6、8*8点阵管脚识别方法：点阵旁边的字朝下，下边那行的左边开始数是第一脚，然后逆时针走一圈1~16脚，和集成块的数法一样，然后对照点阵原理图看！

点阵的识别与测试视频：http://v.youku.com/v_show/id_XMjMwODU4OTQ0.html

7、将2个8*8点阵安放于另一个芯片底座上，如图所示，左侧空出1列，右侧空出3列，右侧底下两只脚接发光二极管（左正右负）

8、将两块芯片底座合并，40个管脚依次焊接到一起，USB公头接上USB延长线到电脑，音频接口接上杜邦线到音频线，到音频分离器

9、制作音频线：

10、一分二音频分线器可以让音乐频谱显示器与音响并联

11、音乐频谱显示器通过USB接口取电，从音频接口采集音乐信号

注意事项：

1、电脑音量不能太小，因为检测电压幅值，音量太小了对单片机ADC采集会有影响，建议音量调到中等以上为最佳显示效果。同时，可以通过调节音响的音量来控制声音的大小（把音响的音量调小一点，电脑的音量调大一些）。

2、拔掉音频接口信号输入端（悬空），显示会满屏，拔掉音频接口信号接地端，只显示最下面一行！

3、在静音的状态下，显示屏若时有波动，这是空中的电磁波的影响，是属于正常情况。

12、成品展示

元器件清单：

1、单片机STC12C5A60S2 PDIP40 （1片）

2、0788形红色8*8LED点阵屏（2块）

3、普通芯片座PIN40（2个）

4、USB公头（1个）

5、32.768MHz石英晶体（1个）

6、30pF电容（2个）

7、2PIN排针（1个）

8、1PIN杜邦线（2根）

9、USB延长线公对母（1根）

10、音频头（1个）

11、音频线（1根）

12、音频分离器（1个）

13、发光二极管（1个）

14、导线若干

主程序：

/********************************************************************************************
程序名：　　迷你音乐频谱显示器
编写人：　　
编写时间：　　
硬件支持：　　2个8*8点阵 STC12C5A60S2　外部32.768MHz晶振
接口说明：　　见说明文档　
*********************************************************************************************/
#include "src\STC12C5A.h"
#include <intrins.h> //51基本运算（包括_nop_空函数）
#include <math.h>
#include "src\Define.h"
///////全局变量///////
uchar data DelayTime=10;
uchar data INTTime=0x45;
uchar data gain=1;
uchar data Menu=0;
uchar idata refreshflag[40];
//////////////////////
void Delays(uint t)
{
uint j;
while(--t)
for(j=0;j<5;j++);
}
uchar data LEDBuf[35]; //15列；从左到右；亮的位为真（1）；
#include "src\ADC.c"
#include "src\fft.h"
#include "src\LED168D.h"
void LIOINIT( )
{
P4SW = 0xff; //启动I/O：P4；
P0M1 = 0x00; P0M0 = 0xff; //I/O强上拉模式；
P1M1 = B(00000001); P1M0 = B(11111110); //P10(光敏电阻:AD：高阻或开漏)
P4M1 = 0x00; P4M0 = 0xff;
P2M1 = B(00000000); P2M0 = B(11111001); //P21,P20(强上拉)；P22(传统IO);
P3M1 = 0x00; P3M0 = 0xff; //!!!
P0 = 0xff; //初始化；
P1 = B(11111110);
P4 = 0xff;
P2 = B(11111100);
P3 = 0xff;
////////////////////////////////
P04=0;P26=0; //LY;
P01=0;P45=0;
P06=0;P24=0;
P00=0;P46=0;
P15=0;P34=0;
P07=0;P23=0;
P13=0;P32=0;
P47=0;P37=0;
////////////////////////////////
P14=1; P33=1; //LX0; //LX1;
P02=1; P44=1;
P03=1; P27=1;
P17=1; P36=1;
P05=1; P25=1;
P16=1; P35=1;
P12=1; P31=1;
P11=1; P30=1;
}
//////////////////////////////////////////////////////
void LEDRefresh() interrupt 3 //using 3
{
TL1 = 0x00;
TH1 = INTTime; //0x50~0x80 //0x6A
BuftoLED168_Refresh();
}
/////////////////////////////////////////////////////
/*SFR中与定时/计数器工作方式有关的设计]
-----------------------------------------------------------------------------
M1 M0 方式说明
0 0 0 13位T/C，由TL低5位和TH的8位组成13位计数器
0 1 1 16位T/C，TL和TH共16位计数器
1 0 2 8位T/C，TL用于计数，当TL溢出时将TH中的值自动写入TL
1 1 3 两组8位T/C
-----------------------------------------------------------------------------
*/
void Timer_INT()
{
TMOD = 0x11; //高4位控制T/C1 [ GATE，C/T，M1，M0，GATE，C/T，M1，M0 ]
EA = 1; //中断总开关
TH1 = 0x00; //16位计数寄存器T1高8位（写入初值）
TL1 = 0x00; //16位计数寄存器T1低8位
ET1 = 1; //T/C1中断开关
TR1 = 1; //T/C1启动开关
}
void Main()
{
uint data Count=700;
uchar data i,Cgain,LED=0,num=0;
LIOINIT(); //I/O强上拉模式
InitADC(); //Init ADC sfr
for(i=0;i<40;i++) refreshflag[i]=0x09;
P20=0; //LED负极
Timer_INT(); //定时器初始化
while(1)
{
for(i=0;i<65;i++)
{
dd[i].real=(GetADCResult(0))<<gain;
dd[i].imag=0; //清零虚部
}
processfft();//傅立叶变化及处理
LED=!LED;
if(dd[2].real<32)
{
LED=1;
}
else
{
Count=1;
if(++num==0xAF) //播放时，Auto gain；
{
num=0;
P2M0 = B(11111011);
P21=1; //LED正极
Delays(2000);
P21=0; //LED正极
P2M0 = B(11111001);
//自动增益；Automatic gain;
Cgain=dd[2].real/32;
if(7<Cgain<=8)
{
gain=2;
}
else if(4<Cgain<=6)
{
gain=3;
}
else if(2<Cgain<=4)
{
gain=4;
}
else
{
gain=5;
}
}
}
P21=LED; //LED正极
}
}
/*****************************************************************************/
//
/*****************************************************************************/

复制代码

fft程序：

#ifndef _FFT_INCLUDED_
#define _FFT_INCLUDED_
struct compx
{
float real;
float imag;
};//定义数据存放机构体
struct compx dd[65]; //FFT数据段
code float iw[64]=
{
1.000,0,0.9952,-0.0980,0.9808,-0.1951,0.9569,-0.2903,0.9239,-0.3827,0.8819,-0.4714,0.8315,-0.5556,
0.7730,-0.6344,0.7071,-0.7071,0.6344,-0.7730,0.5556,-0.8315,0.4714,-0.8819,0.3827,-0.9239,0.2903,-0.9569,
0.1951,-0.9808,0.0980,-0.9952,0.0,-1.0000,-0.0980,-0.9952,-0.1951,-0.9808,-0.2903,0.9569,-0.3827,-0.9239,
-0.4714,-0.8819,-0.5556,-0.8315,-0.6344,-0.7730,-0.7071,-0.7071,-0.7730,-0.6344,-0.8315,-0.5556,-0.8819,-0.4714,
-0.9239,-0.3827,-0.9569,-0.2903,-0.9808,-0.1951,-0.9952,-0.0980
};//w值缓存区
data struct compx temp;
//复数乘法
void ee(struct compx b1,uchar data b2)
{
temp.real=b1.real*iw[2*b2]-b1.imag*iw[2*b2+1];
temp.imag=b1.real*iw[2*b2+1]+b1.imag*iw[2*b2];
}
//乘方函数,计算 nbottom^ntop
uint mypow(uchar data nbottom,uchar data ntop)
{
uint data result=1;
uchar data t;
for(t=0;t<ntop;t++)result*=nbottom;//nbottom^ntop
return result;
}
//快速傅立叶变换
void fft(struct compx *xin,uchar data N)
{
uchar data fftnum,i,j,k,l,m,n,disbuff,dispos,dissec;
data struct compx t;
fftnum=N;//傅立叶变换的点数
for(m=1;(fftnum=fftnum/2)!=1;m++);//求得M的值
for(k=0;k<=N-1;k++)//码位倒置
{
n=k;
j=0;
for(i=m;i>0;i--)//倒置
{
j=j+((n%2)<<(i-1));
n=n/2;
}
if(k<j){t=xin[1+j];xin[1+j]=xin[1+k];xin[1+k]=t;}//交换数据
}
for(l=1;l<=m;l++)//fft运算
{
disbuff=mypow(2,l);//求得碟间距离
dispos=disbuff/2;//求得碟形两点之间的距离
for(j=1;j<=dispos;j++)
for(i=j;i<N;i=i+disbuff)//遍历M级所有的碟形
{
dissec=i+dispos;//求得第二点的位置
ee(xin[dissec],(uint)(j-1)*(uint)N/disbuff);//复数乘法
t=temp;
xin[dissec].real=xin[i].real-t.real;
xin[dissec].imag=xin[i].imag-t.imag;
xin[i].real=xin[i].real+t.real;
xin[i].imag=xin[i].imag+t.imag;
}
}
}
//对fft数据进行处理,得到各个频率段的电压幅值
void processfft( )
{
uchar data pt=0,tmp;
for(pt=1;pt<65;pt++)
{
dd[pt].imag=0; //清零虚部
}
fft(dd,64);//对当前数据进行傅立叶变换
dd[0].imag=0; dd[0].real=0;
for(pt=1;pt<65;pt++)
{
dd[pt].real=sqrt(dd[pt].real*dd[pt].real+dd[pt].imag*dd[pt].imag);//取均方根
}
if(Menu==1)
{
for(pt=2;pt<34;pt+=2)
{
for(tmp=(dd[pt].real/32)+1,LEDBuf[pt]=0xFF;tmp>=1;tmp--) //tmp>1;不保留最低位那一行常亮;{}一次也不执行；
{
LEDBuf[pt]<<=1;
}
LEDBuf[pt]=~(LEDBuf[pt]);
}
}
else if(Menu==2)
{
//下落感频谱
for(pt=2;pt<34;pt+=2)
{
tmp=(dd[pt].real/32)+1;
if(refreshflag[pt]<tmp) //刷新数据,取较大高度值存储显示
{
for(LEDBuf[pt]=0xFF;tmp>1;tmp--) //tmp>1;不保留最低位那一行常亮;{}一次也不执行；
{
LEDBuf[pt]<<=1;
}
refreshflag[pt]=(dd[pt].real/32)+1;
}
else
{
if(refreshflag[pt]>1)refreshflag[pt]--; //顶端下落速度控制改变值可以改变下降速度
for(LEDBuf[pt]=0xFF,tmp=refreshflag[pt];tmp>1;tmp--) //tmp>1;不保留最低位那一行常亮;{}一次也不执行；
{
LEDBuf[pt]<<=1;
}
}
}
}
else if(Menu==0)
{
//下落感频谱
for(pt=2;pt<34;pt+=2)
{
tmp=(dd[pt].real/32)+1;
if(refreshflag[pt]<tmp) //刷新数据,取较大高度值存储显示
{
for(LEDBuf[pt]=0xFF;tmp>=1;tmp--) //tmp>1;不保留最低位那一行常亮;{}一次也不执行；
{
LEDBuf[pt]<<=1;
}
refreshflag[pt]=(dd[pt].real/32)+1;
}
else
{
if(refreshflag[pt]>1)refreshflag[pt]--; //顶端下落速度控制改变值可以改变下降速度
for(LEDBuf[pt]=0xFF,tmp=refreshflag[pt];tmp>=1;tmp--) //tmp>1;不保留最低位那一行常亮;{}一次也不执行；
{
LEDBuf[pt]<<=1;
}
}
LEDBuf[pt]=~(LEDBuf[pt]);
}
}
}
#endif

复制代码

ID:145560 · 发表于 2016-11-20 18:19

你好问一下，那个音频头上三根线，为什么到单片机上就两根了（p1.0和GND）,还有我用32M晶振可以吗？最近做了一个但是不亮，可以恢复一下吗，万分感谢

ID:145560 · 发表于 2016-11-20 18:28

　你好问一下，那个音频头上三根线，为什么到单片机上就两根了（p1.0和GND）,还有我用32M晶振可以吗？最近做了一个但是不亮，可以恢复一下吗，万分感谢

ID:157950 · 发表于 2016-12-27 09:51

拿走了啊

ID:158248 · 发表于 2016-12-28 08:52

好东西，自己也做一个

ID:180268 · 发表于 2017-3-22 15:09

不错，不错

ID:180805 · 发表于 2017-3-22 23:18

hahahahah

ID:130231 · 发表于 2017-3-22 23:56

给力！

ID:187468 · 发表于 2017-4-8 16:26

哇还不错想自己diy一个大一点的 40*40的，不知道还要改哪里

ID:187468 · 发表于 2017-4-30 20:45

好东西，感谢楼主的分享

ID:139761 · 发表于 2017-5-16 10:40

学习

ID:116893 · 发表于 2017-7-31 14:00

不错不错，多谢分享。想搞一个简单的

ID:232387 · 发表于 2017-9-11 13:30

厉害厉害

ID:237377 · 发表于 2017-10-5 17:53

点阵屏是主流。很不错。

ID:238810 · 发表于 2017-10-23 11:00

这个挺好的

ID:237377 · 发表于 2017-11-19 14:06

你好，可以问一下8*8的LED点阵屏在protel里原理图的器件和pcb里的封装有吗。

ID:250010 · 发表于 2017-11-22 12:05

这个需要matlab仿真吗，如果不需要为什么函数标识用FFTMTL呢？？

ID:264565 · 发表于 2017-12-20 23:12

马上可以来试试！！

ID:264387 · 发表于 2018-1-4 17:58

有没有办法收集成语音信号？

ID:198286 · 发表于 2018-1-27 21:10

想玩，可是程序不懂，看不明白

ID:312212 · 发表于 2018-4-20 09:54

很给力！

ID:124995 · 发表于 2018-4-21 23:22

灰常不错，赞一个

ID:283159 · 发表于 2018-4-29 23:38

不错，学习一下，自己也做一个

ID:319464 · 发表于 2018-5-1 15:18

为什么附件下载到一半多就下载不动了

ID:328609 · 发表于 2018-5-14 20:57

有电路图就好了

ID:60026 · 发表于 2018-7-26 08:03

感谢楼主的分享！下载了看看！

ID:292119 · 发表于 2018-7-26 09:04

写的非常不错，顶一个

ID:276663 · 发表于 2018-7-26 10:06

简直是666啊！

ID:294665 · 发表于 2018-7-26 11:10

谢谢楼主，自己也尝试做一个

ID:147329 · 发表于 2018-11-26 17:52

太帅了，好崇拜楼主！
最近突发奇想也要做个类似的东东，没想到咱们论坛都有现成的啦~~~

ID:433756 · 发表于 2018-11-26 21:11

不错啊，厉害

ID:401936 · 发表于 2018-12-19 20:22

课设就做它了

ID:308712 · 发表于 2019-1-2 15:31

为啥使用32.768M的晶振啊，12M不行吗

ID:337484 · 发表于 2019-1-24 12:00

谢谢楼主，做一个试一下

ID:505143 · 发表于 2019-4-5 00:05

非常好的帖子，顶起来

ID:432687 · 发表于 2019-4-22 23:12

灵感和学习效果的完美页面..我对这项创新感到非常惊讶好主意，和我们在一起！不幸的是，我不懂你的语言，我严重依赖翻译。谢谢分享。

ID:582867 · 发表于 2019-7-23 18:39

好久不见发表于 2016-11-20 18:28
　你好问一下，那个音频头上三根线，为什么到单片机上就两根了（p1.0和GND）,还有我用32M晶振可以吗？最 ...

我觉得这就是音量采集直接出来应该就可以了，接头和端口连就可以。三根线不是接都接头上，然后p1.0相连接可以起到控制p1.0电压的作用。不知对不没试过

ID:281113 · 发表于 2020-2-10 15:38

学习一下

ID:283883 · 发表于 2020-2-11 11:37

很好，点阵是共阴的还是共阳的?

ID:413157 · 发表于 2020-2-13 17:43

好东西哎，赶紧自己做一个

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