DIY一部够炫酷的自由落体电子鼓之PIC单片机在LCD显示器模拟

1．项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况

项目名称：自由落体电子鼓。

项目背景：在科技飞速发展的21世纪，娱乐消费是一股不可忽视的新潮流，消费的方式也越来越多样化，其中电子产品消费类有着很大的前景。本项目是自由落体电子鼓，顺应了潮流，主要还是面向玩具开发、游戏、演艺、音乐等娱乐领域。

项目的主要内容：本项目主要面对消费电子类以及娱乐类产品，主要利用PIC单片机在LCD显示器上模拟实物有节奏地做自由落体，不同物体（如篮球、乒乓球、盘子、金属等）做自由落体落在地上发出不同的声音，对应物体模拟出对应类似乐器（如电子鼓、电子琴等）发出的声音。通过控制物体落下的时间间隔形成节奏达到电子乐器的效果。可以通过无线遥控按键按出不同音色的音频，屏幕上对应出现不同物体做自由落体掉到地上发出不同的音频，人为地制作出了一段动画。也可以通过把设计好的音频旋律让程序去执行，屏幕上出现不同物体做自由落体掉在地上发出声音，有节奏地发出声音，这种有趣的动画效果持续到旋律播放完为止。

目前的进展情况：具有PIC单片机开发经验。

2．项目关键技术及创新点的论述

创新点（1）：使用LCD显示器模拟实物自由落体，给人予良好的视觉效果。

创新点（2）：模拟实物自由落体所发出的音频达到电子鼓效果，给人予良好的听觉效果。

创新点（3）：可通过遥控演奏出音乐节拍，同时在LCD上对应显示出动态物体随着节拍做自由落体。

关键技术（1）：利用程序来控制PIC单片机及DAC不断的输出模拟信号，模拟出不同物体落地的音色音调，通过功放输出。

关键技术（2）：用严谨的程序控制LCD模拟出物体自由落体。

关键技术（3）：利用程序控制模拟音频跟模拟物体自由落体发出的声音达到统一。

关键技术（4）：模拟物体落地的声音，通过D/A把数字信号转换为模拟信号。

3．技术成熟性和可靠性论述

我们已通过仿真实验证明，该方法不仅有效地操作。团队成员均有比较扎实的单片机基础和设计功底和音频信号处理方面的专业知识，完全有能力保证该项目的顺利实施，最终完成项目。

项目实施方案

1．方案基本功能框图及描述

自由落体电子鼓系统，由PIC32单片机、LCD灰屏、D/A功放、电源、喇叭、红外遥控器等部分组成。

2．基本功能

（1）设计一个（4&TImes;4）的红外键盘控制器，并将16个键设置成16个音。

（2）通过红外键盘给控制器发送信号，经过D/A功放将数字信号转化为模拟信号放大输出音频，发出与键盘对应的音阶，同时对应地动态地在LCD上显示物体从上砸下来的效果。

（3）模拟物体自由落体以及物体落地的音色。模拟的物体如篮球、乒乓球、盘子等物体做自由落体落地作为信号发出声音模拟出电子鼓的效果，形成节奏，达到音色统一。

3．系统元件

（1）PIC单片机

PIC32可提供工作频率80MHz的32位MIPS处理器内核、512KB的编程FLASH、32KB的RAM内存以及众多的外围设备。这些设备包括USB控制器、定时器/计数器、串口控制器A/D转换器以及更多的设备。该板具有大量的I/O接口和电源选项，其中也包括USB电源。基于PIC32单片机设计自由落体电子鼓，由于乐音实际上是有固定周期的信号，我们可以用PIC32的一个定时器控制，管脚上输出方波周期信号，产生乐音。根据不同的信号，调节定时器的溢出时间，可输出不同频率的乐音，每个乐音的音高（频率）是固定的．再通过D/A转换器产生固定频率的方波信号以推动喇叭发出旋律。并使用LCD显示器来显示音阶输入所对应图像的相关消息。

（2）LCD显示屏

在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。LCD液晶模块的读写控制信号/RD、WR、RAM分别由PIC32的RE0、RE1控制，RE2连接片选信号/CE，RC5连接指令和数据通道选择信号C/D，液晶模块复位由PIC32的程序控制，在单片机初始化时对液晶复位，VO用于调节液晶显示的对比度。   

（3）D/A功率放大器

先把数字信号进行转换为模拟信号，通过音频功率放大器对比较小的音频信号进行放大，使其功率增加，然后输出。其原理如图所示，前置放大主要完成对小信号的放大，使用一个同向放大电路对输入的音频小信号的电压进行放大，得到后一级所需要的输入。后一级的主要对音频进行功率放大，使其能够驱动电阻而得到需要的音频。

（4）红外遥控器

遥控器采用比较简单的方案实现。遥控器上的按键与基板上的按键功能完全等同。

4．需要的开发平台

（1） MPLAB IDEv8.41硬件调试及编程工具。

（2） 软件开发环境 MPLAB IDE v8.41。

（3） 编译器MPLAB IDE。

5.需要扩展的外设子板

（1）PmodAMP1——扬声器/耳机放大器

（2）Pmod-DA2——两路12位D/A输出接口