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使用Arduino制作32波段音頻頻譜分析儀/可視化儀

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資料介紹

描述

該項目用于使用 Arduino 制作 32 波段音頻（音樂）頻譜分析儀/可視化儀。該項目的預期受眾是對電子元件、Arduino 和 C 編程有基本了解的任何音頻愛好者、學生或初學者。該項目中使用的組件成本低，易于組裝。

該頻譜分析儀的主要特點

使用易于安裝的庫“arduinoFFT”和“MD_MAX72xx”

支持五種不同的顯示模式，可以通過按鈕進行切換

左右聲道音頻信號混合，不錯過任何節(jié)拍

原型使用 32x8 LED 矩陣顯示，可以更改和輕松修改

音頻可以從耳機輸出或音樂系統(tǒng)/放大器的線路輸出饋送

所需組件

Arduino Nano 或 Uno（我嘗試使用 Nano 和 Uno，也必須使用其他型號）

32 x 8 LED 矩陣顯示器 - 1 無

按鈕開關 - 1 個（通常隨 Arduino 套件一起提供）

100nf 電容 - 2 個

5 千歐電阻器 - 3 個

10 千歐電阻 - 1 個

100 千歐電阻器 - 2 個非

5 伏電源（USB 電源即可）

電阻值不是很嚴格，您可以選擇任何最接近的值。請確保 R1 和 R2（參考原理圖）具有相同的值。

程序流程圖

系統(tǒng)說明

Arduino 板 (ATmega328P) 內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，此處用于將輸入音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字樣本。ADC 配置為以 38.46khz 的時鐘頻率對輸入信號進行采樣。這是通過將 ADC 預分頻器配置為 32 來實現(xiàn)的。38.64Khz 的采樣頻率意味著數(shù)字樣本可以再現(xiàn)高達 19.32Kz（奈奎斯特定理）的輸入頻率，這對于音頻信號來說已經(jīng)足夠好了。

正如我在開頭提到的，該項目的預期目的是顯示音頻音樂信號的頻譜。因此，左右音頻通道混合在一起并饋入 ADC 的 A0 模擬輸入。您可以使用音頻分離器電纜，這樣您就可以同時將相同的音樂輸入頻譜分析儀和另一個放大器（如果需要）。

ADC 配置為使用外部參考電壓。在這個項目中，參考電壓來自 Arduino 板上的 3.3v 穩(wěn)定電壓源。由于模擬信號在零電壓電平之上和之下振蕩，我們需要在 ADC 的模擬輸入端提供直流偏置。這可確保 ADC 輸出不會夾在輸入信號的負周期上。相同的 3.3v 穩(wěn)定電壓被兩個電阻器 R1 和 R2 分壓，然后饋入模擬輸入以實現(xiàn)直流偏置。使用此直流偏置，即使輸入信號斷開，ADC 也會在輸出中產(chǎn)生 512。在代碼的后面，這個由直流偏置引起的 512 被減去，這樣讀數(shù)就代表了實際的輸入信號變化。

ArduinoFFT 庫是將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為頻譜的代碼的核心。我發(fā)現(xiàn)這個庫易于使用，并為這個項目生成了最準確的輸出。原型被配置為制作 64 個樣本，并對這些樣本進行 FFT。ArduinoFFT 庫可以對 16 到 128 之間的樣本進行 FFT，這可以在程序中配置。但是 arduinoFFT 庫對于 128 個樣本的計算速度很慢，因此我堅持使用 64 個樣本中最好的最高值。

該項目中使用的顯示器是 32 列 x 8 行 LED 矩陣。MD_MAX72xx 庫使顯示控制部分變得非常簡單。該庫提供了打開/關閉該程序中正在使用的列中任意數(shù)量的 LED 的功能。每個頻段的振幅映射在 0 到 8 之間，具體取決于振幅對應的每列中 LED 的數(shù)量被打開。

本程序提供了五種顯示模式，基本上是通過打開/關閉每列不同位置的LED來實現(xiàn)的。您可以輕松修改/創(chuàng)建不同的模式。這里使用一個按鈕來改變顯示模式。每按一次顯示模式就會移動到下一個，最后重置回默認模式。按鈕連接到其中一個數(shù)字輸入，并且在每一輪顯示刷新后掃描該輸入。