PlatformIO+ESP32S3学习：驱动WS2812矩阵彩灯显示FFT音律拾音灯

本文继承自之前的彩灯驱动文章：https://blog.csdn.net/qq_51930953/article/details/140736628

本文完成的效果：

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1. 硬件准备

1.1. WS2812矩阵彩灯

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购买地址：WS2812B全彩软像素屏8X8 8X32 16X16幻彩5V显示可编程像素软屏

1.2. 麦克风模块

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购买地址：GY-MAX4466 声音传感器模块 MAX4466麦克风前置放大器提供程序

1.3. ESP32S3开发板

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购买地址：立创·ESP32S3R8N8 开发板

2. 工程创建

在VSCode中打开PlatformIO扩展创建工程。

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设置工程向导

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等待创建完成。

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3. 安装驱动库

创建完成之后，我们在VSCode中打开我们刚才创建的工程文件夹。

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在VSCode中回到PlatformIO的主页，准备给工程安装驱动库。

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最底层的驱动，需要分别安装三个库：

搜索Adafruit NeoMatrix，安装来自Adafruit的Adafruit NeoMatrix库。
搜索Adafruit GFX Library，安装来自Adafruit的Adafruit GFX Library库。
搜索arduinoFFT，安装来自Enrique Condes的arduinoFFT库。

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将它们都安装到我们的工程当中。安装步骤以下以Adafruit GFX Library库为例：

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都安装完成之后，打开platformio.ini文件，可以看到已经安装上了三个驱动库。

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4. 编辑代码

在工程下的include文件夹下新建一个 musicfft.h文件。

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接下来往 musicfft.h 文件写入代码：

#include <Adafruit_NeoMatrix.h>
#include <arduinoFFT.h>#define CHANNEL 1  //音频输入引脚
#define xres 32   
#define yres 8            const uint16_t samples = 64; //采样点数，必须为2的整数次幂
const double samplingFrequency = 4000; //Hz, 声音采样频率unsigned int sampling_period_us;
unsigned long microseconds;
unsigned long lastTime = 0;
unsigned long fallingTime = 0;double vReal[samples]; //FFT采样输入样本数组
double vImag[samples]; //FFT运算输出数组
int freq_gain2[xres] = {30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30, 30};
int Intensity[xres] = {}; // initialize Frequency Intensity to zero
int FallingPoint[xres] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
int Displacement = 1;          // Create LED Object//ArduinoFFT FFT = ArduinoFFT(); //创建FFT对象
ArduinoFFT<double> FFT = ArduinoFFT<double>(vReal, vImag, samples, samplingFrequency);void getSamples(){microseconds = micros();for(int i = 0; i < samples; i++){vReal[i] = analogRead(CHANNEL);vImag[i] = 0;microseconds += sampling_period_us;}bool reduce = false;if ((millis() - lastTime) > 16) {lastTime = millis();reduce = true;}//FFTFFT.windowing(vReal, 1, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);FFT.compute(vReal, vImag, samples, FFT_FORWARD);FFT.complexToMagnitude(vReal, vImag, samples);//Update Intensity Array  int t = 16;for(int i = t; i < (xres*Displacement)+t; i+=Displacement){vReal[i] = constrain(vReal[i], 0 ,3596);            // set max value for input datavReal[i] = map(vReal[i], freq_gain2[(i-t)/Displacement], 1548, 0, yres);        // map data to fit our displayif(reduce){Intensity[(i-t)/Displacement] --;                      // Decrease displayed value}if (vReal[i] > Intensity[(i-t)/Displacement])          // Match displayed value to measured valueIntensity[(i-t)/Displacement] = vReal[i];}
}void drawYLine(Adafruit_NeoMatrix *matrix, int16_t x, int16_t y, int16_t h, int16_t c){for(int i=y;i<y+h;i++){matrix->drawPixel(x,7 - i,c);}
}uint16_t hsv2rgb2(Adafruit_NeoMatrix *matrix, uint16_t hue, uint8_t saturation, uint8_t value)
{uint8_t red = 0;uint8_t green = 0;uint8_t blue = 0;uint16_t hi = (hue / 60) % 6;uint16_t F = 100 * hue / 60 - 100 * hi;uint16_t P = value * (100 - saturation) / 100;uint16_t Q = value * (10000 - F * saturation) / 10000;uint16_t T = value * (10000 - saturation * (100 - F)) / 10000;switch (hi){case 0:red = value;green = T;blue = P;break;case 1:red = Q;green = value;blue = P;break;case 2:red = P;green = value;blue = T;break;case 3:red = P;green = Q;blue = value;break;case 4:red = T;green = P;blue = value;break;case 5:red = value;green = P;blue = Q;break;default:return matrix->Color(255, 0, 0);}red = red * 255 / 100;green = green * 255 / 100;blue = blue * 255 / 100;return matrix->Color(red, green, blue);
}void displayUpdate(Adafruit_NeoMatrix *matrix, int displayPattern){int color = 0;switch(displayPattern){case 0:for(int i = 0; i < xres; i++){drawYLine(matrix,i,yres-Intensity[i],Intensity[i],hsv2rgb2(matrix, color, 80, 80 ));drawYLine(matrix,i,0,yres-1-Intensity[i],hsv2rgb2(matrix, color, 80, 80 ));color += 360/xres;}break;case 1:if ((millis() - fallingTime) > 130) {for(int i = 0; i < xres; i++){if(FallingPoint[i]>0){FallingPoint[i]--;}}fallingTime = millis();}for(int i = 0; i < xres; i++){drawYLine(matrix,i,0,yres-1,matrix->Color(0,0,0));if(FallingPoint[i]<Intensity[i]){FallingPoint[i] = Intensity[i];}drawYLine(matrix,i,yres-Intensity[i]+1,Intensity[i]-1,hsv2rgb2(matrix, color, 80, 80 ));if(FallingPoint[i]>0){matrix->drawPixel(i,yres-FallingPoint[i],matrix->Color(255,255,255));}color += 360/xres;}break;case 2:for(int i = 0; i < xres; i++){drawYLine(matrix,i,0,yres,matrix->Color(0,0,0));drawYLine(matrix,i,0,Intensity[i]+1,hsv2rgb2(matrix, color, 80, 80 ));color += 360/xres;}break;}
}

接下来在 main.cpp中编写以下代码：

#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_NeoMatrix.h> //点亮LED矩阵需要的库
#include "musicfft.h" //音乐频谱库//像素阵列定义
#define kMatrixWidth   32             //宽度
#define kMatrixHeight  8              //高度
#define BRIGHTNESS     10            //默认亮度 0-255
#define BRIGHTNESS_INTERVAL 30        //亮度调节间隔
#define LED_PIN        8              //像素阵列引脚Adafruit_NeoMatrix *matrix;     //LED矩阵类指针//像素矩阵初始化
void InitLED_Matrix(void)
{//设置像素矩阵的方向以及排列方式matrix = new Adafruit_NeoMatrix(32, 8, LED_PIN, NEO_MATRIX_TOP + NEO_MATRIX_LEFT+NEO_MATRIX_COLUMNS +  NEO_MATRIX_ZIGZAG,NEO_GRB + NEO_KHZ800);matrix->setTextWrap(false);       //设置文字是否自动换行matrix->clear();                  //清除当前显示内容matrix->setBrightness(BRIGHTNESS);//设置亮度
}void showFFT(void)
{//进行采样getSamples();//更新频谱柱displayUpdate(matrix, 2);
}void setup() 
{//初始化LED矩阵显示InitLED_Matrix();    
}void loop() 
{matrix->clear();showFFT();matrix->show();delay(50);
}