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FFT在单片机上的实现.pdf
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FFT 在单片机上的实现
摘 要
音频信号分析仪是一种可广泛见于各种音响、调音和录音设备上的,能
实时地采样及分析输入的音频信号的频谱,并将其显示在显示屏上的设备,
使人在聆听音乐时能对音乐的上下频能有直观的了解。本文所介绍的即是这
样一个音频信号分析系统。系统的硬件由信号调理、控制处理器、显示模块
三局部组成。
信号调理电路使信号可输入 300mV~3V 的交流音频信号。这里只对单路
信号处理:当电压较低时使用 LM324 运放获得增益,对超过 12800Hz 的信号
进展滤波处理。另外设置输出音频接口以便监听。
控制处理器采用 51 核 1T 单片机 STC12C60A5S2 ,晶振频率为 32.768MHz 。
该单片机自带 8 路 10 位高速 ADC,这里只用 1 路 ADC 的高 8 位。对信号连
续采 32 个点进展浮点型 FFT 运算。一次完整采样的时间为 1.25ms ,最高采
样频率为 25600Hz ,分辨频率为 800Hz~12800Hz ,分 16 级。
显示局部主体为 1602 液晶显示屏,其具有 2 行×16 列的 8×5 点显示点
阵。16 分频谱将分别以柱高形式显示在显示屏上。程序中设置了频率下落效
果以使观感更好。另设置了比照度调节电阻,使屏幕比照度可调。
关 键 词: FFT 单片机 音频 频谱
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THEREALIZATIONOF FFT
INTHEMICROCONTROALER
ABSTRACT
Audio signal analyzer is a kind of device which can be widely found in various
of audio, mixing and recording devices, and can sampling and analysis of the
spectrum of the input have an intuitive audio signal and displays it on the display in
real-time, people can are listening to Music for music when high frequency
understanding. What presented in this article is just such an audio signal analysis
system. The hardware of the system are formed with three parts: the signal
conditioner, the control processor and the display module.
Signal conditioning circuit makes the signal of 300mV ~ 3V AC audio signal
available for inputting. In this system,we only process with single-channel signal:
When the voltage is lower the system uses LM324 op amp to gain voltage, and as to
signals more than 12800Hz it filters them. In addition the system sets an output
audio interface for monitoring.
The control processor of the system is the 51 cores 1T MCU STC12C60A5S2,
with 32.768MHz crystal frequency. The device es with 8-channel &10-bit
high-speed ADC, where only one channel ADC high 8. The signal collected 32
points in consecutive floating-point FFT operation. A plete sampling time is 1.25ms,
the maximum sampling frequency is 25600Hz, and the distinguish frequency is
800Hz ~ 12800Hz, with 16 levels.
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The main display section is 1602 LCD screen, which has 2 rows × 16 columns -
8 × 5 dot display matrix. 16 points to the column height spectrum will be display ed
on the display. The process of setting of the frequency drop in the perception of
better effect. There is also contrast adjustment resistor, which makes the screen
contrast adjustable.
KEY WORDS :FFT,MCU,AUDIOSPECTRUM
目 录
第 1 章绪论 1
§1.1 研究的背景及意义 1
§1.1.1 课题研究背景 1
§1.1.2 课题研究意义 1
§1.2课题开展的状况 1
§1.3设计任务 2
第 2 章系统方案设计 3
§2.1 系统方案设计 3
§2.2 系统硬件的选择 4
§2.2.1 处理器的比拟与选择 4
§2.2.2 采样模块确实定 4
§2.2.3 显示器件的比拟和选择 4
第 3 章系统硬件设计 5
§3.1 单片机 STC12C5A60S2 ............................................................... 5
§3.1.1 单片机 STC12C5A60S2 功能简介 5
§3.1.2 单片机 STC12C5A60S2 引脚图 7
§3.1.2 单片机的最小系统 7
§3.2 显示屏 LCD1602 .......................................................................... 8
§3.2.1 LCD1602 简介 8
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§3.2.2 LCD1602 的硬件连接 9
§3.3.1 LM324 电压增益与偏移电路 9
§3.3.2 滤波电路 11
第 4 章系统软件设计 11
§4.1 系统软件总体设计 12
§4.2 系统软件详细设计 13
§4.2.1 系统的准备和初始化 13
§4.2.2 AD 采样子程序 14
§4.2.3 蝶形运算的 FFT 算法 16
§4.2.4 显示子程序 18
第 5 章系统调试 21
§5.1 信号电压调试 21
§5.2 单频率信号测试 22
§5.2.1 实际频率分度测试 22
§5.2.1 频率混叠和滤波效果 23
§5.3 实际使用效果 23
结论 25
参考文献 26
致 27
附 录 28
一、主程序代码 28
二、原理图 36
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第 1 章 绪论
§1.1研究的背景及意义
§1.1.1 课题研究背景
在家庭影院、卡拉 OK 等音响系统中,实时显示音乐信号的频谱将为音响系
统增不少色彩。目前实际生产的音响系统产品,大多采用以下两种方法实现音频
频谱显示:一是利用硬件滤波器和 A/D 转换器;二是利用单片机或 DSP 处理频谱
显示。前者实现简单,但硬件本钱高;后者软件和硬件实现都较复杂。
§1.1.2 课题研究意义
目前,大多数音频信号处理仪不但体积大而且价格贵,在一些特殊方面难以
普及使用,而嵌入式系统分析仪具有小巧可靠的特点,所以开发基于特殊功能单
片机的音频信号分析仪器是语音识别的根底,具有很好的现实意义。
§1.2 课题开展的状况
早期专业的音频分析仪种类很少,在做音频测量时一般是利用万用电表、频
率计、示波器及频谱仪等组合成一套音频测试系统。这种测试系统中间环节多,
各环节之间接口匹配较为困难,使用起来比拟麻烦,测量结果往往也不准确。
传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽可调谐的接收机,输入信号经变频
器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏
幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以到达很宽的频率,例如
30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽
的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工
具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,
因此属于标量仪器而不是矢量仪器。
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