【改装】+给废弃音箱加点特别的"color"

只看该作者 · 2019-10-3 15:25

本帖最后由卑鄙的小黄人于 2019-10-3 16:18 编辑

想法一直有，今天让“idea”成为“turth”。为家里废弃的电脑音箱加点特别的色彩！多彩的！炫酷的！多功能的！有逼格的！让音箱一个机会，成为这条街最靓的“仔”。

故事背景 或许年久失修吧，家里很久之前买的电脑音箱坏了，就成为仓库中的**肋杂物了，存放了好久。值得一提的是音箱购买时还是下了本钱的，记得是11年左右买的，近300大洋，音质还行，这就为此次的改装埋下了铺垫。后来，突发奇想，如果使用LED点阵屏将音乐的脉动展现出来会是怎样？

原废弃电脑音箱如下：

改装目标
   采用单片机设计一种具有频谱显示功能的多功能音乐播放器，旨在通过较低成本的单片机硬件和软件设计，来实现多功能音乐播放功能，同时实现动感的音乐频谱显示，使人们能更加轻松地享受音乐带来的乐趣，更直观地感受感受音乐的脉动。设计分为两个部分：音乐播放部分和频谱显示部分。音乐播放部分是由单片机、蓝牙SD卡模块电路、电容式触摸功能按键电路、功放电路、数码管音量显示电路和电源电路组成。

音乐频谱显示原理
   通过单片机，利用串行外围设备接口(SPI)协议和蓝牙对 SD 卡或蓝牙连接设备中的 WAV与FLAC 音乐文件进行读取，结合采样率将 WAV 文件进行脉冲宽度调制（PWM），然后与二阶滤波电路将数字信号转换为模拟信号，最后经音频功放模块放大信号驱动扬声器还原音频。频谱显示部分是由单片机和 LED 点阵部分组成。在播放音乐的同时，由频谱显示部分的单片机片上 A/D 转换器采集来自音乐播放部分输出的音频信号，通过 128 个采样点后，利用快速傅里叶变换（FFT）算法对其进行分析，然后取频率项的幅值，量化显示，驱动 LED 点阵，点亮相应的 LED 灯。

FFT运算规则集编程思想
   音频频谱值的计算采用快速傅里叶算法FFT（Fast Fourier Transform），为了提高显示器的刷新频率，系统每隔10ms读取24次A/D转换值，得到24点实数序列，紧接着完成24点FFT运算得到24点复数序列。

原理框图

本设计以STC12C5A60S2单片机作为主控单元，进行数据采集，A/D转换，频谱计算（FFT），再由LCD1604显示频谱。且在完成系统其他控制任务的前提下，充分利用单片机剩余计算资源，采用优化FFT算法计算音频信号频谱。音频数据通过STC12C5A60S2的A/D接口实现模拟音频信号的采样保持和量化处理，包括音频采集和转换(该单片机内置A/D转换)；频谱显示电路实现模拟音频信号频谱的分段显示，它将音频信号频谱划分成24段，每段按照24级量化，由两组8*24组成的LED点阵显示。

只看该作者 · 2019-10-3 15:39

本帖最后由卑鄙的小黄人于 2019-10-3 16:23 编辑

制作过程
   将废弃的电脑音箱从杂货堆拖出来之后，便进行改装了。

   首先，是需要判断音箱是哪里坏了，这一步其实不简单，需要扎实的电路知识，这里我就简单跳过，由于音箱的故障现象是不出声，那么先进行故障点排除，先从音频输入端判断，判断信号是否接触良好；在对音频调节器进行故障排除，再不行，基本上就是功放板上出的问题了，在检查的过程中，留意电容是否鼓包，电阻是否被烧坏（烧坏的表现是变黑），我的是功放芯片烧坏了，上淘宝找一下了，稀缺产品，年代久远可以理解，再加上邮费，和原功放板的日久失修隐患，直接买了块新的功放板，在这里，需要注意，功放板的功率和阻抗要和喇叭的功率阻抗相匹配，不然容易导致再次烧毁，音质也不好。
   在选择功放板的时候，我略微加大了功率，安全起见，我又重新购置了新的变压器，

功放板和变压器图片

功放板

变压器

原电脑音箱

只看该作者 · 2019-10-3 15:56

本帖最后由卑鄙的小黄人于 2019-10-3 18:08 编辑

续~
   那么完成上述操作，也就完成了此次改装的第一步了，变废为宝，将音箱维修好！

   加下来，便是进行改装设计了。此次改装的核心思想是为音箱加上一个频谱显示屏以及多功能操作，使电脑音箱不仅仅是音箱，还有特别的“色彩”。

   首先采用了STC12C5A60S2单片机作为核心控制器，实现快速傅里叶变换，通过FFT算法将音乐的频谱进行变换，并显示出来，为了使色彩更丰富，采用了6种高亮圆头LED灯组成16*24点阵屏。其次，增加音量控制器，以数码管来显示音量，以电容式触摸按键调节音量。还有，增设蓝牙模块，实现与手机等移动设备的蓝牙对接，红外模块，可进行红外遥控，以及增设移动储存设备接口，实现自动播放。

主要硬件电路设计

LED频谱显示屏
在设计中，LED频谱显示屏设置为两组8*24种颜色LED，分别为红黄蓝紫绿粉；以列为负极，横为正极。电路图如下。

ADC转换电路设计
   本设计无需外加A/D转换，使用的单片机内置A/D接口，音频信号可直接送入单片机进行数据采集和预处理。STC12C5A60S2单片机的A/D转换口在P l口(P1.0～P 1.7)有10位8路高速A/D转换器，A/D是电压输入型转换速度25万次/s(250KHz)。复位后P1口为弱上拉型I/O口。通过软件可设置将P1(P1.0～P 1.7)El中的任何一位为A/D转换位，不用作A/D转换的位可继续用作普通YO口使用。

蓝牙音频接收模块
   本设计中，我们利用蓝牙音频接受模块作为音源输入。可支持安卓手机蓝牙对接，支持蓝牙通话功能，并带有蓝牙话筒，让享受音乐的同时也不错过重要的人的来电；并带有USB和SD卡槽，可自动搜索并播放U盘与SD卡音频文件，并支持FLAC无损音乐，让音乐更加纯净动听，提高感官享受；模块中除了实体按键外，还加设了红外信号，支持遥控功能，并带有LED数码管显示屏，追求更舒适的体验，更完美的音乐之旅。

TTP224  4 键触摸模块
   本设计中用TT224用作音量控制按键的信号处理，通过采集触摸信号，将信号反馈至单片机，由单片机控制音频音量大小。TTP224是一款使用电容式感应原理设计的触摸IC,其稳定的感应方式可以应用到各种不同电子类产品,面板介质可以是完全绝源的材料,专为取代传统的机械结构开关或普通按键而设计.提供4个触摸输入端口及4个直接输出端口.

1. 灵敏度调整

PCB板上之感应焊盘尺寸大小及走线会直接影响灵敏度,所以灵敏度必须根据实际应用的 PCB来做调整,因此TTP224提供以下几种外部灵敏度调整方法: 1-1 改变感应焊盘尺寸大小若其他条件固定不变,使用一个较大的感应焊盘将会增大其灵敏度,反之灵敏度将下降,但是感应焊盘的尺寸大小也必须是在其有效范围值内.

2. 改变面板厚度.

若其他条件固定不变,使用一个较薄的面板也会将灵敏度提高,反之灵敏度则下降.但是面板的厚度必须低于其最大值。

3 改变Cs0~Cs3 (如下图)容值的大小.

若其他条件固定不变, 可以根据各键的实际情况通过调节Cs电容值使其达到最佳的灵敏度,同时以使各键的灵敏度达到一致。当Cs电容不接时其灵敏度为最高。Cs0~Cs3的容值越大其灵敏度越低,Cs可调节范围为:0≦Cs0~Cs3≦50pF.

音量显示模块
本设计中，用STC89c52rc做音量显示的主控单片机。根据触摸模块的输入信号判别音量加，音量减，以及静音；音量大小最大为30，最小为00；用两个数码管作为音量显示部分。并将音量加，音量减，以及静音信号反馈给X9511及cd4066处理后控制功放音量大小。

LM7805 稳压电路设计
5V 电源模块，我们采用 LM7805 稳压集成电路。下图 3-13 为 LM7805 引脚图。

图 3-13 LM7805 引脚图

三端稳压集成电路 LM7805 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。本次硬件电路中，LM7805 的发热情况不算严重，所以就没有加散热器。
LM7805 的电路图如下图 3-14 所示。

图 3-14 LM7805 电路图

主要程序设计思想

FFT运算规则集编程思想
FFT算法分为两类：时域抽取法FFT，简称DIT-FFT；频域抽取法FFT,简称DIF-FFT。根据基2-FFT算法，N点FFT运算可以分成log2N级，每一级都有N/2个蝶形运算。

FFT算法的基本思想是用3层循环完成全部N点FFT运算：

▲最里层循环处理单独的一个蝶形运算，采用查表方法实现乘法运算；

▲中间层循环完成每一级的N/2个蝶形运算

▲最外层循环完成log2N级蝶形运算

由此可看出：在每一级中，最里层循环完成N/2L个蝶形运算；中间层循环控制最里层循环进行2L-1次运算。因此，中间层循环完成时，共进行(2L-1)N/2L=N/2个蝶形运算。实际上最里层和中间层循环完成了第L级计算，最外层则最终完成log2级蝶形运算。

★ 需要加以说明的数据是：

▲在第L级中，每个蝶形的两个输入端相距b=2L-1个点

▲同一乘数对应这相邻间隔为2L个点的N/2L个蝶形

▲第L级的2L-1个蝶形因子中的P，可表示为P=jx25-L，其中 j=0，1，2，…(2L-1-1)

由上述可以归纳出一些对编程有用的运算规律：第L级中，每个蝶形的两个输入数据相距B=2个点；每级有B个不同的旋转因子；同一旋转因子对应着间隔为2点的2个蝶形。
总结上述运算规律，便可采用下述运算方法。先从输入端（第一级）开始，逐级进行，共进行M级运算。在进行L级运算时，依次求出B个不同的旋转因子，每求出一个旋转因子，就计算完它对应的所有2个蝶形。这样，我们可用三重循环程序实现DIF-FFT运算。

另外，DIF-FFT算法运算流图的输出X（k）为自然顺序，但为了适应原位计算，其输入序列不是按x(n)的自然顺序排列，这种经过M次偶奇抽选后的排列成为序列x(n)的倒序（倒位）。因此，在运算M级蝶形之前应先对序列x(n)进行倒序。
流程图如下：

图片细节

蓝牙模块

电容式触摸模块

16*24点阵屏

主控板

吃面泡面加班

焊接细节

只看该作者 · 2019-10-3 16:11

本帖最后由卑鄙的小黄人于 2019-10-15 14:32 编辑

最后，千辛万苦~~~~~
效果图如下：

说到这里，焊工真的很重要，不然真的会逼死强迫症！

完成调试之后，少不了的还有亚克力板，装上去亚克力板，逼格一下子就提升了，emmmm，好看！

最后，这便是播放时的频谱器的效果图了，效果真不赖~~~~

还有设计报告，让它也漏个脸~

只看该作者 · 2019-10-3 16:18

本帖最后由卑鄙的小黄人于 2019-10-3 19:00 编辑

视频效果：

[media=x,500,375][/media]

      到这里，

                 给废弃音箱加点特别的"color"的改装便全部完成啦！

                           希望大家会喜欢~~~~

只看该作者 · 2019-10-3 18:11

总结
本文主要设计了具有频谱显示功能的多功能音乐播放器，并且从实用性和音质方面做了处理，不同于传统的音乐播放器。
该频谱显示的音乐播放器主要由单片机处理系统、蓝牙音频接收模块、触摸按键模块、功放模块、LED 显示模块等几大模块组成。在软硬件方面，给出了具体的设计方法和思路。每个模块都采用了比较经典的电路设计方案，提高了整个系统的稳定性。经系统测试，本系统已经较理想地完成了功能，且具有良好的实用性、美观性、稳定性和低成本的特点。使原本只能“听”的音乐，现在也能“看”，实现视觉和听觉的双重享受。