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、游戲、演藝、音樂等娛樂領域。

項目的主要內容：本項目主要面對消費電子類以及娛樂類產品，主要利用PIC單片機在LCD顯示器上模擬實物有節奏地做自由落體，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）發出的聲音。通過控制物體落下的時間間隔形成節奏達到電子樂器的效果。可以通過無線遙控按鍵按出不同音色的音頻，屏幕上對應出現不同物體做自由落體掉到地上發出不同的音頻，人為地制作出了一段動畫。也可以通過把設計好的音頻旋律讓程序去執行，屏幕上出現不同物體做自由落體掉在地上發出聲音，有節奏地發出聲音，這種有趣的動畫效果持續到旋律播放完為止。

目前的進展情況：具有PIC單片機開發經驗。

2．項目關鍵技術及創新點的論述

創新點（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。

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

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

關鍵技術（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，通過功放輸出。

關鍵技術（2）：用嚴謹的程序控制LCD模擬出物體自由落體。

關鍵技術（3）：利用程序控制模擬音頻跟模擬物體自由落體發出的聲音達到統一。

關鍵技術（4）：模擬物體落地的聲音，通過D/A把數字信號轉換為模擬信號。

3．技術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和設計功底和音頻信號處理方面的專業知識，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，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）設計一個（4×4）的紅外鍵盤控制器，并將16個鍵設置成16個音。

（2）通過紅外鍵盤給控制器發送信號，經過D/A功放將數字信號轉化為模擬信號放大輸出音頻，發出與鍵盤對應的音階，同時對應地動態地在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出聲音模擬出電子鼓的效果，形成節奏，達到音色統一。

3．系統元件

（1）PIC單片機

PIC32可提供工作頻率80MHz的32位MIPS處理器內核、512KB的編程FLASH、32KB的RAM內存以及眾多的外圍設備。這些設備包括USB控制器、定時器/計數器、串口控制器A/D轉換器以及更多的設備。該板具有大量的I/O接口和電源選項，其中也包括USB電源。基于PIC32單片機設計自由落體電子鼓，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，產生樂音。根據不同的信號，調節定時器的溢出時間，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轉換器產生固定頻率的方波信號以推動喇叭發出旋律。并使用LCD顯示器來顯示音階輸入所對應圖像的相關消息。

（2）LCD顯示屏

在數字電路中，所有的數據都是以0和1保存的，對LCD控制器進行不同的數據操作，可以得到不同的結果。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連接指令和數據通道選擇信號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用于調節液晶顯示的對比度。

（3）D/A功率放大器

先把數字信號進行轉換為模擬信號，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。遙控器上的按鍵與基板上的按鍵功能完全等同。

4．需要的開發平臺

（1） MPLAB IDEv8.41硬件調試及編程工具。

（2） 軟件開發環境 MPLAB IDE v8.41。

（3） 編譯器MPLAB IDE。

5.需要擴展的外設子板

（1）PmodAMP1——揚聲器/耳機放大器

（2）Pmod-DA2——兩路12位D/A輸出接口