如何使NU40 DK的四个内置LED灯随节拍闪烁

引言

嗨!我是来自韩国Nucode团队的Emily，我们开发的是NU40 DK电路板。

我想要让电路板上的4个LED灯随着音乐律动，仅需一块电路板和一根USB线即可实现。

我的第一次尝试是将音乐的音量直接映射到LED亮度，结果LED们一直保持中等亮度，几乎不动。原来现代音乐的音量已经经过压缩处理，低音总是响亮，高音却总是微弱，而人眼看到的亮度是基于对数刻度的。

于是我决定让电脑将声音分割成四个频率段(从低到高)，并大幅增强对比度，再由电路板将接收到的数值转换为肉眼可见的亮度。

完成后，LED1到LED4会随着歌曲的低音、中音和高音部分同步闪烁。当音乐停止时，LED们会缓慢地“呼吸”般地亮起与熄灭。

•难度：中级(需要掌握几个终端命令)

•时间：30–45分钟

•操作系统：固件支持 Windows · macOS · Linux;音乐播放器脚本仅支持 macOS

•所需设备：NU40 DK电路板、USB-C数据线、一台Mac电脑，以及你自己的音乐文件(m4a、mp3或wav格式)

它是如何工作的

•USB串行是计算机和电路板通过USB线缆相互传输数字的通道。

•每秒60次，Mac会发送一个简短的7字节消息(即一帧)：0xAA 0x55(起始标记)+ 4个LED的亮度值(每个范围为0–255)+ 1个校验和字节(用于检测损坏的帧)。

•电路板会将每个亮度值经过伽马表处理，使其看起来自然，然后使用12位(4096级)PWM驱动LED。PWM通过快速开关LED来调节亮度。

•如果帧停止0.4秒，LED便会逐渐变暗;4秒后，LED则切换为呼吸动画效果。

1. 上传固件

•在 GitHub 仓库中，点击绿色的“代码”按钮 → 下载 ZIP 文件，然后解压它。(如果你使用 Git，可以使用第2步中的命令进行克隆。)

•在 Arduino IDE 中，通过“文件”→“打开”来打开 nu40dk_music_led/nu40dk_music_led.ino。

•确认“工具”→“板子”已设置为 NU40DK nRF52840，并且在“工具”→“端口”下选择了你的开发板。

•点击“上传”(→)。

以下是固件的关键部分(完整文件位于 GitHub 上)：

代码的功能说明

setup()：将 LED 引脚设置为输出，按钮引脚设置为上拉输入，并预计算 256 项的伽马表。

loop()：逐个读取 USB 接收的数据字节，寻找以 0xAA 0x55 开头的帧。如果校验和匹配，则更新 4 个 LED。

四个按钮在按下时会依次发送一行数据(B1 到 B4)，而电脑上的程序决定每个按钮的具体功能。

✅ 检查点：上传约 4 秒后，4 个 LED 将依次亮起并逐渐变暗。

打开“工具”→“串行监视器”(波特率 115200)，按任意按钮，你将看到 B1、B2 等信息。检查完毕后关闭串行监视器标签页。下一个程序需要相同的端口配置。

2. 在您的 Mac 上安装音乐脚本

•打开终端(按 Cmd+Space 并搜索“Terminal”)，然后逐行运行以下命令。

•虚拟环境(venv)是为当前项目专门设置的 Python 包私有空间，因此不会与您 Mac 上其他内容发生冲突。

•如果 macOS 显示 python3 需要命令行开发工具，请点击“安装”，等待完成后再重新运行命令。

在 Windows 或 Linux 系统上，固件可以正常工作，但此脚本无法使用：它依赖于 macOS 专用的工具 afconvert(用于解码音频)和 afplay(用于播放)，并且仅能自动检测 Mac 风格的端口。您可以通过编辑 host/music_led.py 中的 decode_wav() 和 play() 函数来移植该脚本。

3. 运行它

# 首先，在终端中以条形图预览(无需使用电路板)。/.venv/bin/python music_led.py ~/Music/my_song.m4a --preview

在电路板上播放(声音 + 灯光)。/.venv/bin/python music_led.py ~/Music/my_song.m4a

请将 ~/Music/my_song.m4a 替换为你的音乐文件路径。提示：将文件拖拽到终端窗口，系统会自动为你输入路径。

脚本首先显示分析结果(帧数、每个LED的平均亮度)，然后开始播放。按 Ctrl+C 停止播放。

检查点：歌曲通过扬声器播放，每个LED会根据节拍的不同部分闪烁，从LED1(最右端，低音)到LED4(最左端，高音)。

可选功能：网页界面和电路板按钮

该仓库还提供基于浏览器的播放器。在此模式下，电路板上的按钮变为远程控制：

按钮 1：播放 / 暂停

按钮 2：下一首(快速双击 = 上一首)

按钮 3 / 按钮 4：音量增大 / 减小

网页界面支持YouTube链接，并使用yt-dlp下载音频。设置详情见仓库README。请仅使用你拥有版权的音频文件。

4. 自定义设置

对比度(在命令后添加以下内容)：

•太平淡?按以下顺序调整：--gate 0.20，然后 --expand 2.0，再 --decay 0.12。若想增强鼓点的冲击力，可加入 --punch 0.6。

•太炫目?尝试使用 --gate 0.05 --expand 1.2 --decay 0.25。

•流动模式：添加 --mode wave，低音将在LED上形成波浪状起伏。

•频率带宽：在 host/music_led.py 文件中搜索 BANDS = [，并修改Hz数值。例如，若想更贴近人声，将 MID 修改为 ("MID ", 300, 3000)。

•音乐停止时：在固件中，将 elapsed > 4000(呼吸开始前4秒)和 elapsed > 400(淡出开始前0.4秒)进行修改，然后重新上传。

本文编译自hackster.io