DIY一部夠炫酷的自由落體電子鼓之PIC單片機(jī)在LCD顯示器模擬

1．項(xiàng)目名稱(chēng)、項(xiàng)目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況

項(xiàng)目名稱(chēng)：自由落體電子鼓。

項(xiàng)目背景：在科技飛速發(fā)展的21世紀(jì)，娛樂(lè)消費(fèi)是一股不可忽視的新潮流，消費(fèi)的方式也越來(lái)越多樣化，其中電子產(chǎn)品消費(fèi)類(lèi)有著很大的前景。本項(xiàng)目是自由落體電子鼓，順應(yīng)了潮流，主要還是面向玩具開(kāi)發(fā)、游戲、演藝、音樂(lè)等娛樂(lè)領(lǐng)域。

項(xiàng)目的主要內(nèi)容：本項(xiàng)目主要面對(duì)消費(fèi)電子類(lèi)以及娛樂(lè)類(lèi)產(chǎn)品，主要利用PIC單片機(jī)在LCD顯示器上模擬實(shí)物有節(jié)奏地做自由落體，不同物體（如籃球、乒乓球、盤(pán)子、金屬等）做自由落體落在地上發(fā)出不同的聲音，對(duì)應(yīng)物體模擬出對(duì)應(yīng)類(lèi)似樂(lè)器（如電子鼓、電子琴等）發(fā)出的聲音。通過(guò)控制物體落下的時(shí)間間隔形成節(jié)奏達(dá)到電子樂(lè)器的效果?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)線遙控按鍵按出不同音色的音頻，屏幕上對(duì)應(yīng)出現(xiàn)不同物體做自由落體掉到地上發(fā)出不同的音頻，人為地制作出了一段動(dòng)畫(huà)。也可以通過(guò)把設(shè)計(jì)好的音頻旋律讓程序去執(zhí)行，屏幕上出現(xiàn)不同物體做自由落體掉在地上發(fā)出聲音，有節(jié)奏地發(fā)出聲音，這種有趣的動(dòng)畫(huà)效果持續(xù)到旋律播放完為止。

目前的進(jìn)展情況：具有PIC單片機(jī)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

2．項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的論述

創(chuàng)新點(diǎn)（1）：使用LCD顯示器模擬實(shí)物自由落體，給人予良好的視覺(jué)效果。

創(chuàng)新點(diǎn)（2）：模擬實(shí)物自由落體所發(fā)出的音頻達(dá)到電子鼓效果，給人予良好的聽(tīng)覺(jué)效果。

創(chuàng)新點(diǎn)（3）：可通過(guò)遙控演奏出音樂(lè)節(jié)拍，同時(shí)在LCD上對(duì)應(yīng)顯示出動(dòng)態(tài)物體隨著節(jié)拍做自由落體。

關(guān)鍵技術(shù)（1）：利用程序來(lái)控制PIC單片機(jī)及DAC不斷的輸出模擬信號(hào)，模擬出不同物體落地的音色音調(diào)，通過(guò)功放輸出。

關(guān)鍵技術(shù)（2）：用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蚩刂芁CD模擬出物體自由落體。

關(guān)鍵技術(shù)（3）：利用程序控制模擬音頻跟模擬物體自由落體發(fā)出的聲音達(dá)到統(tǒng)一。

關(guān)鍵技術(shù)（4）：模擬物體落地的聲音，通過(guò)D/A把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

3．技術(shù)成熟性和可靠性論述

我們已通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法不僅有效地操作。團(tuán)隊(duì)成員均有比較扎實(shí)的單片機(jī)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)功底和音頻信號(hào)處理方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，完全有能力保證該項(xiàng)目的順利實(shí)施，最終完成項(xiàng)目。

項(xiàng)目實(shí)施方案

1．方案基本功能框圖及描述

自由落體電子鼓系統(tǒng)，由PIC32單片機(jī)、LCD灰屏、D/A功放、電源、喇叭、紅外遙控器等部分組成。

2．基本功能

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)（4&TImes;4）的紅外鍵盤(pán)控制器，并將16個(gè)鍵設(shè)置成16個(gè)音。

（2）通過(guò)紅外鍵盤(pán)給控制器發(fā)送信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A功放將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)放大輸出音頻，發(fā)出與鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)的音階，同時(shí)對(duì)應(yīng)地動(dòng)態(tài)地在LCD上顯示物體從上砸下來(lái)的效果。

（3）模擬物體自由落體以及物體落地的音色。模擬的物體如籃球、乒乓球、盤(pán)子等物體做自由落體落地作為信號(hào)發(fā)出聲音模擬出電子鼓的效果，形成節(jié)奏，達(dá)到音色統(tǒng)一。

3．系統(tǒng)元件

（1）PIC單片機(jī)

PIC32可提供工作頻率80MHz的32位MIPS處理器內(nèi)核、512KB的編程FLASH、32KB的RAM內(nèi)存以及眾多的外圍設(shè)備。這些設(shè)備包括USB控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口控制器A/D轉(zhuǎn)換器以及更多的設(shè)備。該板具有大量的I/O接口和電源選項(xiàng)，其中也包括USB電源?；赑IC32單片機(jī)設(shè)計(jì)自由落體電子鼓，由于樂(lè)音實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)，我們可以用PIC32的一個(gè)定時(shí)器控制，管腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生樂(lè)音。根據(jù)不同的信號(hào)，調(diào)節(jié)定時(shí)器的溢出時(shí)間，可輸出不同頻率的樂(lè)音，每個(gè)樂(lè)音的音高（頻率）是固定的．再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生固定頻率的方波信號(hào)以推動(dòng)喇叭發(fā)出旋律。并使用LCD顯示器來(lái)顯示音階輸入所對(duì)應(yīng)圖像的相關(guān)消息。

（2）LCD顯示屏

在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對(duì)LCD控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。LCD液晶模塊的讀寫(xiě)控制信號(hào)/RD、WR、RAM分別由PIC32的RE0、RE1控制，RE2連接片選信號(hào)/CE，RC5連接指令和數(shù)據(jù)通道選擇信號(hào)C/D，液晶模塊復(fù)位由PIC32的程序控制，在單片機(jī)初始化時(shí)對(duì)液晶復(fù)位，VO用于調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度。   

（3）D/A功率放大器

先把數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)音頻功率放大器對(duì)比較小的音頻信號(hào)進(jìn)行放大，使其功率增加，然后輸出。其原理如圖所示，前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，使用一個(gè)同向放大電路對(duì)輸入的音頻小信號(hào)的電壓進(jìn)行放大，得到后一級(jí)所需要的輸入。后一級(jí)的主要對(duì)音頻進(jìn)行功率放大，使其能夠驅(qū)動(dòng)電阻而得到需要的音頻。

（4）紅外遙控器

遙控器采用比較簡(jiǎn)單的方案實(shí)現(xiàn)。遙控器上的按鍵與基板上的按鍵功能完全等同。

4．需要的開(kāi)發(fā)平臺(tái)

（1） MPLAB IDEv8.41硬件調(diào)試及編程工具。

（2） 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 MPLAB IDE v8.41。

（3） 編譯器MPLAB IDE。

5.需要擴(kuò)展的外設(shè)子板

（1）PmodAMP1——揚(yáng)聲器/耳機(jī)放大器

（2）Pmod-DA2——兩路12位D/A輸出接口