DIY一部夠炫酷的自由落體電子鼓

1．項目名稱、項目的主要內(nèi)容及目前的進展情況

項目名稱：自由落體電子鼓。

項目背景：在科技飛速發(fā)展的21世紀，娛樂消費是一股不可忽視的新潮流，消費的方式也越來越多樣化，其中電子產(chǎn)品消費類有著很大的前景。本項目是自由落體電子鼓，順應了潮流，主要還是面向玩具開發(fā)、游戲、演藝、音樂等娛樂領(lǐng)域。

項目的主要內(nèi)容：本項目主要面對消費電子類以及娛樂類產(chǎn)品，主要利用PIC單片機在LCD顯示器上模擬實物有節(jié)奏地做自由落體，不同物體（如籃球、乒乓球、盤子、金屬等）做自由落體落在地上發(fā)出不同的聲音，對應物體模擬出對應類似樂器（如電子鼓、電子琴等）發(fā)出的聲音。通過控制物體落下的時間間隔形成節(jié)奏達到電子樂器的效果?？梢酝ㄟ^無線遙控按鍵按出不同音色的音頻，屏幕上對應出現(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畫。也可以通過把設(shè)計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，這種有趣的動畫效果持續(xù)到旋律播放完為止。

目前的進展情況：具有PIC單片機開發(fā)經(jīng)驗。

2．項目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點的論述

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

創(chuàng)新點（2）：模擬實物自由落體所發(fā)出的音頻達到電子鼓效果，給人予良好的聽覺效果。

創(chuàng)新點（3）：可通過遙控演奏出音樂節(jié)拍，同時在LCD上對應顯示出動態(tài)物體隨著節(jié)拍做自由落體。

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

關(guān)鍵技術(shù)（2）：用嚴謹?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)出的聲音達到統(tǒng)一。

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

3．技術(shù)成熟性和可靠性論述

我們已通過仿真實驗證明，該方法不僅有效地操作。團隊成員均有比較扎實的單片機基礎(chǔ)和設(shè)計功底和音頻信號處理方面的專業(yè)知識，完全有能力保證該項目的順利實施，最終完成項目。

項目實施方案

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、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)計一個（4×4）的紅外鍵盤控制器，并將16個鍵設(shè)置成16個音。

（2）通過紅外鍵盤給控制器發(fā)送信號，經(jīng)過D/A功放將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號放大輸出音頻，發(fā)出與鍵盤對應的音階，同時對應地動態(tài)地在LCD上顯示物體從上砸下來的效果。

（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、盤子等物體做自由落體落地作為信號發(fā)出聲音模擬出電子鼓的效果，形成節(jié)奏，達到音色統(tǒng)一。

3．系統(tǒng)元件

（1）PIC單片機

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、定時器/計數(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，其中也包括USB電源?；赑IC32單片機設(shè)計自由落體電子鼓，由于樂音實際上是有固定周期的信號，我們可以用PIC32的一個定時器控制，管腳上輸出方波周期信號，產(chǎn)生樂音。根據(jù)不同的信號，調(diào)節(jié)定時器的溢出時間，可輸出不同頻率的樂音，每個樂音的音高（頻率）是固定的．再通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生固定頻率的方波信號以推動喇叭發(fā)出旋律。并使用LCD顯示器來顯示音階輸入所對應圖像的相關(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LCD控制器進行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。LCD液晶模塊的讀寫控制信號/RD、WR、RAM分別由PIC32的RE0、RE1控制，RE2連接片選信號/CE，RC5連接指令和數(shù)據(jù)通道選擇信號C/D，液晶模塊復位由PIC32的程序控制，在單片機初始化時對液晶復位，VO用于調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度。

（3）D/A功率放大器

先把數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過音頻功率放大器對比較小的音頻信號進行放大，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小信號的放大，使用一個同向放大電路對輸入的音頻小信號的電壓進行放大，得到后一級所需要的輸入。后一級的主要對音頻進行功率放大，使其能夠驅(qū)動電阻而得到需要的音頻。

（4）紅外遙控器

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

4．需要的開發(fā)平臺

（1） MPLAB IDEv8.41硬件調(diào)試及編程工具。

（2） 軟件開發(fā)環(huán)境 MPLAB IDE v8.41。

（3） 編譯器MPLAB IDE。

5.需要擴展的外設(shè)子板

（1）PmodAMP1——揚聲器/耳機放大器

（2）Pmod-DA2——兩路12位D/A輸出接口