STM32音乐频谱分析要点.docx
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STM32音乐频谱分析要点
STM32音乐频谱分析
2011-12-1103:
06:
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呵呵，在昨天的基础上，进行了改进。
采样频率为12.3Khz，256点FFT。
视频：
其实这玩意不难做，音频信号采集，我的方法是将电脑出来的信号用TDA2822放大，然后给单片机AD口，剩下就是软件上的了。
说起TDA2822，还是挺不错的一款功率放大芯片，本只想用来做信号放大用的，但baidu了下它和看它的数据手册，
都多用来做小功率功放。
呵呵，那就也做一个吧。
TDA2822的典型应用电路如下：
这电路很普通，没什么特别，参数也不用调整，直接搭出来，就正常的工作。
接下来就是将放大后的信号给单片机，这里问题就来了，电路中C4，C5是干什么，给单片机的话要不要加？
于是开始baidu，google，但没找到合适解答，于是翻了翻模电书，里面还真讲到功率放大器，，
TDA2822是OTL功放，输出电容起耦合作用，因为OTL功放在在静态时输出端都会有Vcc/2伏的输出，这样会搞坏喇叭，
所以需要加个电容，隔离。
单片机处理的话就不用输出电容了。
如果用示波器一看，结果就很明显，如下图，下面的信号是加了电容，上面是没加。
做好电路后理所当然的准备将功放输出端接到单片机上，但突然一想，不对啊，功放我给11.1V供电，那输出不就有5V左右电压？
而STM32是3.3V！
不烧了才怪！
幸好TDA2822工作电压范围在1.8~12V间，所以就给它3.3V行了。
这样一来基本就没问题了。
第二个的输出电容还是保留，作个对比。
好了，接下来就是程序了。
首先就得确定采样率，就是间隔多久采一个点。
刚开始不是很懂，用的40kHz，也成，但要是做音频频谱分析没必要那么高了。
这里有些资料：
音频的频率范围及表现力度
音频的频率范围、音质的评价标准一般认为20Hz－20kHz是人耳听觉频带，称为“声频”。
这个频段的声音称为“可闻声”，高于20kHz的称为“超声”，低于20Hz的称为“次声“。
所谓声音的质量，是指经传输、处理后音频信号的保真度。
目前，业界公认的声音质量标准分为4级，即：
数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10Hz~20kHz；
调频广播FM质量，其信号带宽为20Hz~15kHz；
调幅广播AM质量，其信号带宽为50Hz~7kHz；
电话的话音质量，其信号带宽为200Hz~3400Hz。
可见，数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音质量最低。
除了频率范围外，人们往往还用其它方法和指标来进一步描述不同用途的音质标准。
音频频率范围一般可以分为四个频段，即：
低频段（30—150HZ）；
中低频段（30—150HZ）；
中低频（150—500HZ）；
中高频段（500—5000HZ）；
高频段（5000—20kHZ）。
30—150HZ频段：
能够表现音乐的低频成分，使欣赏者感受到强劲有力的动感。
150—500HZ频段：
能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力，是低频中表达力度的部分。
500—5000HZ频段：
主要表达演唱者或语言的清淅度及弦乐的表现力。
5000—20kHZ频段：
主要表达音乐的明亮度，但过多会使声音发破。
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所以我选则12kHz左右的采样率。
下面的DSP_Lib文件夹就是ST公司提供的DSP库。
FFT，PID等都是用汇编写的。
将ST提供的FFT表加载到内存中，速度是快一些，1024点只需1.7ms左右，我觉得效率算是蛮高了。
接下来就是代码了：
#include
#include
#include"stm32_dsp.h"
#include"table_fft.h"
#include"sys.h"
#include"usart.h"
#include"delay.h"
#include"timer.h"
#include"LED.h"
#include"ADC.h"
#include"3264LED.h"
#defineNPT256 //FFTpoint
#defineFAST 1 //指示条下落速度
#defineSLOW 50//绿点下落速度
#defineSTOP 35 //绿点停顿速度
u16TableFFT[];
u16AD_Count=0;
u16time,time2;
voidpowerMag（void）; //计算幅值
u32Data_IN[NPT]; /*Complexinputvector*/
u32Data_OUT[NPT]; /*Complexoutputvector*/
u32lBUFMAG[NPT/2]; /*保存幅值*/
u16Result[64]; //最终结果
u8 Pos[64]={0}; //绿点位置
u8 Dot[64]={0}; //记录每点停顿时间
u32TMP;
intmain（void）
{
u16i,k;
s16tmp;
Stm32_Clock_Init（9）; //系统时钟设置72Mhz
delay_init（72）; //延时初始化
Timer3_Init（5,7199）; //0.6ms中断一次 LED显示
Timer4_Init（7,760）; //约74us中断一次， AD采集
LED_Init（）;
LEDs_Init（）; //点阵初始化
Adc_Init（）;
time=time2=0;
AD_Count=0;
while
（1）
{
cr4_fft_256_stm32（Data_OUT,Data_IN,NPT）; //做256点fft运算
powerMag（）; //算幅值
for（i=1;i<65;i++） //点平移,去除静态波动
{
tmp=lBUFMAG[i]/2-5; //显示幅值为实际幅值的一半并减去5，这样效果较好
if（tmp<0）tmp=0;
elseif（tmp>31）tmp=31;
if（tmp>=Result[i-1]）
{
Result[i-1]=tmp; //得到每列上绿点的高度
if（Result[i-1]>=Pos[i-1]）
{Dot[i-1]=0;Pos[i-1]=Result[i-1];} //更新绿点高度
}
}
for（i=0;i<64;i++）
{
for（k=0;k<32;k++） //画红点
{
if（k elseDraw_Point（i,k,0,0）;
}
Draw_Point（i,Pos[i],GREEN,2）; //画绿点
if（time2>FAST&&Result[i]>=1）Result[i]--;
if（Dot[i]>=STOP） //停顿判断
{if（time>SLOW&&Pos[i]>=1）Pos[i]--;}
Dot[i]++;
if（Dot[i]>=250）Dot[i]=250;
}
if（time>SLOW） time=0;
if（time2>FAST）time2=0;
elsetime2++;
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* Calculatepowermag
* 计算各次谐波幅值
* 先将lBUFOUT分解成实部（X）和虚部（Y），然后计算幅值（sqrt（X*X+Y*Y）
*********************************************************************************************************
*/
voidpowerMag（void）
{
s32lX,lY;
u32i;
floatX,Y,Mag;
for（i=0;i<65;i++）//只显示64个点，所以计算得到前面65个点的幅值就行了。
{
lX =（Data_OUT[i]<<16）>>16;
lY =（Data_OUT[i]>>16）;
X = （（float）lX）/64;
Y = （（float）lY）/64;
Mag=sqrt（X*X+Y*Y）/NPT;
lBUFMAG[i] =（u32）（Mag*65536）;
}
}
voidTIM4_IRQHandler（void） //定时器4中断服务程序 约74us中断一次
{
ADC1->SQR3&=0XFFFFFFE0; //规则序列1
ADC1->SQR3|=2; //通道2采集
ADC1->CR2|=1<<22; //启动规则转换通道
TMP=ADC1->DR;
Data_IN[AD_Count]=TMP<<16;
AD_Count++;
if（AD_Count>255）AD_Count=0;
TIM4->SR&=~（1<<0）; //清除中断标志位
}
voidTIM3_IRQHandler（void）//定时器3中断服务程序
{
u16i;
if（TIM3->SR&0X0001） //溢出中断
{
oe=0; //关显示
for（i=0;i<64;i++）//移出缓存区的上半屏一行数据
wr_595（SBF[Line][i]）;
for（i=0;i<64;i++）//移出缓存区的下半屏一行数据
wr_595（SBF[Line+16][i]）;
out_595（）; //锁存数据
GPIOC->ODR&=0x00FF;
GPIOC->ODR|=（15-Line）<<10;
oe=1; //开显示
Line++;
if（Line>15）Line=0;
time++;
}
TIM3->SR&=~（1<<0）; //清除中断标志位
}
OK，程序也不复杂，这样一来就可以实现音乐频谱分析了，呵呵。
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