创新实践环节Ⅲ
姓名：王佳乐
班级：通信卓越2013-1
学号：20130611010108
教师：黄德昌
目录
摘要 (2)
Abstract (3)
第一章绪论 (4)
1.1音乐频谱背景 (4)
1.2 制作流水灯的目的及意义 (4)
1.3 章节安排 (4)
第二章单片机及软件介绍 (5)
2.1 单片机介绍 (5)
2.2 使用软件介绍 (7)
2.2.1 Keil软件介绍 (7)
2.2.2 protel软件介绍 (7)
2.3 章节小结 (7)
第三章总体方案设计 (8)
3.1 系统电路设计 (8)
3.2 音乐频谱的主要性能 (8)
3.3 电路工作原理 (9)
3.4 章节小结 (9)
第四章音乐频谱硬件设计 (10)
4.1 滤波模块： (10)
4.2 单片机处理模块： (10)
4.3 音频输入模块： (10)
4.4 LED音乐频谱显示模块： (11)
4.5 章节小结 (11)
第五章音乐频谱软件设计 (12)
5.1 核心算法FFT (12)
5.2 单片机实现FFT (13)
5.3 自动增益控制 (13)
5.4 章节小结 (13)
第六章系统调试与测试 (14)
6.1 系统调试 (14)
6.2系统测试 (14)
6.3 在调试与测试中出现的问题 (15)
6.4 章节小结 (15)
第七章总结与展望 (16)
第八章谢辞 (17)
附录 (18)
附录1：FFT核心程序 (18)
附录2：自动增益程序： (21)
附录3：音乐频谱电路原理图和PCB图 (21)
附录4：作品实物图及效果演示图 (22)
摘要
随着时代的进步，电子信息技术几乎主宰了整个电器行业的发展，人们也越来越重视视觉、音质的享受。音频信号频谱显示器因其自身的众多优点，目前在很多领域都有着广泛的涉及。
音乐频谱显示器不但能够直接观察带显示信号的输入状况，而且在美学上给予人好的视觉享受，在某一方面来说频谱显示器赋予了音乐的动态美。本次设计的电路可以分为3部分，分别是音频输入电路、滤波电路、LED灯驱动电路。音乐信号通过音频输入电路经过AD采样的音频信号经过FFT运算之后获得某个时刻所要的频率的分量，驱动LED显示。
通过本次音乐频谱的制作，提升了焊接技术、绘图能力，同时，提升了团队协作能力，在和同伴的配合下，成功完成作品，最重要的是让我提高了自主学习的能力，这对以后的学习是非常重要的。
关键词：音乐频谱显示器信号FFT 合作
Abstract
Along with the progress of the era, the electronic information technology dominated almost the whole of the development of the electronics industry, people pay more and more attention to the enjoyment of visual and sound quality. Audio signal spectrum display because of its many advantages, has been widely used in many fields are involved in at the moment.
Music spectrum display not only can be observed directly with display signal input condition, and give people a good visual enjoyment on aesthetics, on the one hand the spectrum display gives the dynamic beauty of music. The design of the circuit can be divided into three parts, respectively is an audio input circuit, filter circuit, the LED driver circuit. Music signal after the AD sampling of audio signal by audio input circuit for sometime after FFT computation to the frequency of the component, LED display driver.
Through the spectrum of music making, improve welding technology, drawing ability, at the same time, improve the team cooperation ability, under and peer cooperation, the successful completion of the works, the most important thing is let me improve the ability of autonomous learning, it is very important to the future study.
Keywords: music spectrum display signal FFT cooperation
第一章绪论
1.1音乐频谱背景
LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。基于以上的优点，LED 被越来越广泛的应用于市场，不仅在替换传统照明上拥有一席之地，另一方面，也开拓了许多传统照明无法实现的领域。所以，未来必将会有大量应用LED制造的电子玩具。而本次我们选择LED作为音乐频谱的显示部分。
1.2 制作流水灯的目的及意义
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添不少色彩。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DSP处理频谱显示。前者实现简单，但硬件成本高，后者软件和硬件实现都较复杂。
对于我们来说，通过本次作品的制作，可以熟练使用DXP软件，利用其进行PCB画图，腐蚀电路板，C语言的编程，程序的烧录，进一步加强动手实践能力，更好的掌握自主学习的能力。
1.3 章节安排
本报告分为八个章节，第一章是绪论，总述报告内容；第二章是单片机及软件介绍，主要介绍制作过程中用到的单片机以及DXP等软件的使用；第三章是总体方案设计，主要是对音乐频谱进行总体设计思路的规划，以及确定每个模块的作用；第四章是音乐频谱硬件设计，主要是对电路的设计及规划；第五章是音乐频谱软件设计，主要是程序方面的内容，以及我们用到的核心算法FFT；第六章是系统调试与测试，是对制作完的音乐频谱进行测试；第七章是总结与展望，总结一下制作本作品的前后过程；第八章是谢辞，对制作过程中的感悟。
第二章单片机及软件介绍
2.1 单片机介绍
STC12C5A60S2系列单片机（如图1所示）是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒),针对电机控制，强干扰场合。
图1：STC12C5A60S2系列单片机
主要引脚功能简单介绍如下：
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平。
P3.0：RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INT0(外部中断0)
P3.3 INT1(外部中断1)
P3.4 T0(记时器0外部输入)
P3.5 T1(记时器1外部输入)
P3.6 WR (外部数据存储器写选通)
P3.7 RD (外部数据存储器读选通)
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；
XTAL2：来自反向振荡器的输出；
VCC：供电电压；
GND：接地；
STC12C5A60S2系列单片机有以下特点：
1、增强型8051CPU，1T（1024G），单时钟/机器周期
2、工作电压5.5-3.5V
3、1280字节RAM
4、通用I/O口，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA
5、有EEPROM功能
6、看门狗功能
7、内部集成MAX810专用复位电路
8、外部掉电检测电路：在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；
9、时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11~17MHz 3.3V 单片机为：8~12MHz
10、4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1
11、3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟
2.2 使用软件介绍
2.2.1 Keil软件介绍
本次制作过程中使用keil软件进行程序的编写，Keil是美国Keil Software
公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
2.2.2 protel软件介绍
本次制作过程中使用pretel软件进行电路原理图的绘制，PROTEL是Altium 公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
2.4 章节小结
在音乐频谱制作过程中，主要运用DXP软件绘制原理图及PCB图。本章主要介绍了Protel软件的功能特点，以及所使用单片机STC12C5A60S2的介绍。为led音乐频谱显示器的制作打下基础。
第三章总体方案设计
3.1 系统电路设计
该系统设计由单片机STC12C5A60S2、音频数据采样电路、A/D转换电路、频谱显示电路等部分组成。图2为系统整体设计原理框图。
图2：系统整体设计原理框图
该系统从功能上可划分成3部分：
1、音频数据采集电路实现模拟音频信号的采样保持再将采集到的模拟信号转化成数字信号并将其进行量化处理，包括音频采样电路和加转换电路；
2、频谱显示电路实现模拟音频信号频谱的分段显示，它将音频信号频谱划分成11段，每段按照11级量化，驱动LED灯显示；
3、主控制器采用STC12C5A60S2单片机。在完成系统其他控制任务的前提下，充分利用单片机剩余计算资源，采用优化FFT算法计算音频信号频谱，并将计算结果输出到频谱显示电路。
3.2 音乐频谱的主要性能
本设计实现的音乐频谱具有如下主要性能：
1．由于音频信号的频率范围为300Hz-3400Hz（人说话声音）或20Hz-20kHz（音乐，占音频信号全频率），根据采样定理，为保证信息不失真，确定系统的采样频率为8KHz或96kHz;
2．结合系统采用STC12C5A60S2单片机的处理速度以及信号采样频率的要求，采用STC12C5A60S2单片机作为系统的A/D转换模块;
3．根据上述技术指标确定系统的外围接口方式。
3.3 电路工作原理
本系统工作原理是由P0口接受电压信号的输入，音频信号通过音频线输送到STC12C5A60S2单片机中，将输入的音频信号进行A/D转换，调用电路中滤波和单片机中FFT变换程序对音频数字信号进行分析。单片机进行信号的幅度量化，再驱动LED显示。
3.4 章节小结
本节主要介绍了系统整体设计原理，音乐频谱的主要性能，以及电路工作的基本原理，对制作的通体方案进行了基本的论述，让读者在了解这款作品的时候思路更加清晰。同时对音乐频谱有一个总体上的了解与认知。
第四章音乐频谱硬件设计
4.1 滤波模块：
电源采用+5V电压，在电源的正负极加上100uf和0.1uf的电容，分别滤除低频和高频信号，使得音频输出更加稳定。电路图如图3所示：
图3：滤波模块
4.2 单片机处理模块：
STC12C5A60S2单片机进行了AD转换，以及FFT（快速傅里叶变换）对信号进行处理，让音频信号转化，处理，输出到显示模块。
4.3 音频输入模块：
音频输入模块主要完成输入音频信号的采样并且将收集到声音信号进行
A/D转换，语音采样编解码及滤波处理。音频频谱值的计算采用快速傅里叶算法FFT(Fast Fourier Transform)，该模块的工作原理是：音频信号通过音频线输入音频信号送到STC12C5A60S2单片机中，使输入的音频信号进行A/D转换，调用滤波和FFT变换程序对音频数字信号进行分析。如图4所示：
图4：音频输入模块
4.4 LED音乐频谱显示模块：
显示部分为5*11排列，5钟颜色，各11颗，共计55颗LED彩灯，所有的灯都为并联（如图5所示）。当音频接口有音乐输入并且供电模块正常时，可模拟显示音乐播放器的音乐柱。
图5：LED音乐频谱显示电路
4.5 章节小结
5*11LED音乐频谱硬件包括一下几个模块：滤波模块、音频输入模块、单片机处理模块，LED音乐频谱显示模块。本章主要介绍了这几个模块的功能，以及电路图。
第五章音乐频谱软件设计
5.1 核心算法FFT
根据傅里叶分析，任何声音可以分解为数个甚至无限个正弦波，而它们往往又包含无数多个谐波分量。所以一个声音的构成其实是很复杂的，将声音的频率分量绘制成曲线，就形成了频谱。在我们的作品中，我们采用FFT。
在制作中使用FFT的方法为：首先，我们用ADC 去采样一个模拟信号之后，使之变为数字信号。其次，将采样得到的数字信号，送入FFT进行变换处理。通常，若我们取N个采样点，经过FFT运算之后，就可以得到N个点的FFT结果.设Fs为ADC的采样频率，N为傅立叶变换的点数，则有最小分辨频率f=Fs/N ，因比频谱显示的最低频率就是 f Hz，以后每向右移一个点频率值将增加f Hz。FFT流程图如图6所示：
图6：FFT流程图
5.2 单片机实现FFT
程序核心就是将采集的音频信号运用FFT算法处理读得的AD数据，把从音频信号中读得的AD值经过FFT公式处理，然后取出频率幅度值，把得到的值量化为LED亮起的相应个数个数显示出来，这个就是整个算法的主要运用。（FFT核心程序详见附录1）
5.3 自动增益控制
为避免输出声音过小会没有显示，声音过大了就满屏显示的问题，在程序中添加了一个自动增益处理，也就是说能自动根据声音的大小而调节显示幅度。（自动增益控制程序详见附录2）
5.4 章节小结
本章主要是对软件程序进行了介绍，包括FFT，自动增益程序，整个运作流程：STC12C5A60S2使用内部程序进行数据采集，将采集到的数据进行数模转换后，进行傅里叶变换，变换后的数据在时钟持续扫描的情况下，实时输给显示模块，完成频谱变换的演示。
第六章系统调试与测试
6.1 系统调试
1、检查电路设计的原理图，并确定导线的连接与电路原理图是否一致。
2、检查导线的连接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的按点是否导通。
3、检查试验仪器和器材是否完好，电源5V直流电压输出正常。发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常。检查音频线的接法正确、单片机接触良好。当插上音频插口播放音乐时，LED可以正常的随音乐跳动。
电路连接后，试验现象均正常，调试成功。
6.2系统测试
连接USB口，连接音频接口，播放音乐，音乐频谱正常工作如图7所示：
图7：电路正常工作
6.3 在调试与测试中出现的问题
电路连接后，由于在硬件电路中第一次用音频接口，所以没有注意音频接口是分正负来接线的，所以当我们插上电源插口以及音频线插口，led显示电路没有任何反应，经过查阅一些资料得知，音频接口是分正负的，于是我们将错误的接线改正过来，因为采集音频信号的模块对于整个电路是十分重要的，在音频数据采集模块我们检查了很多遍，后来我们排除了一些可能出现的问题，最后在调试的时候，虽然会有闪烁，但是会时灭时闪，还出现了没接音频线就会闪烁的问题，最终我们验证是单片机的接触问题导致的，在解决了一系列问题之后，音乐频谱可以很好的随音乐跳动，调试与试验成功。
6.4 章节小结
本章节主要介绍了在制作过程中出现的问题，以及如何调试电路板，同时还附上了测试图。
第七章总结与展望
历时一个多月的电子制作最后可以算是顺利完成了，从开始构思到画板、排版买元件、焊元件、调试都是那么的不容易。在调试过程中，我们遇到了很多问题，比如音频线的接法不正确导致插入音频线后LED等没有现象，以及在焊LED 灯时，应该先用万用表检查LED灯的好坏。此电路在理论上的理想状态应该属于可行电路，在本电路的设计过程中，忽略了很多问题，当然有些问题也是现在没有能力解决的，还有待进一步的提高。本文设计所存在的问题是对元器件参数的不确定，有的参数都根据一个合理的范围设定出来的，再根据计算公式计算出其它参数，可以说所有的参数都是设定出来的，没有一个科学或是实际的依据来确定参数，这一点对于学术来讲是不够严谨，也是不负责任的行为。本次课程设计由我和另外一位队员共同完成。既要分工明确，又要相互协作。遇到问题，先自己想办法解决。在这个过程中不断提升自己。
通过这次课程设计，加强了自己动手、思考和解决问题的能力。在仿真设计过程中，经常会遇到很多状况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我认为做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
第八章谢辞
首先，我要感谢黄老师，正是您的这种教学模式才给了我们这样一个提高自己，收获技能，收获乐趣的机会，这次音乐频谱能够顺利地就完成，除了我跟同伴的配合默契，分工比较合理外，更主要的还是黄老师的指导。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力。在实习期间，黄老师会经常向我们提出一些需要注意的事项以及强调让我们将理论与实践结合起来，这次所学到的东西是我在课本上所学不到的，在此向黄老师表示衷心地感谢，老师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使我受益终生。
我还要感谢汪丽丹同学，是我们一起探讨问题，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有互相的帮助也没有最终的成功。
通过这次实习，我懂得了要将生活中的东西和所学的东西相融合，学习离不开生活，生活也时时刻刻在前进。这一次的音乐频谱制作能够圆满完成，我要感谢黄老师，在学习模式和学习效率上都给我很大的帮助。让我学会了如何合理安排自己的时间去学习相关知识，以及学习的循序渐进。
附录
附录1：FFT核心程序
void FFT()
{
register uchar i,bb,j,k,p,max;/*read_value uchar*/
register short TR,TI,temp;
unsigned long ulReal;
unsigned long ulImage；
for(i=0; i { FftReal[BRTable[i]] = STC_ADC()<<3;//< FftImage[i] = 0; } for( i=1; i<=NUM_2_LOG; i++) { bb=1; bb <<= (i-1); for( j=0; j<=bb-1; j++) { p=1; p <<= (NUM_2_LOG-i); p = p*j; for( k=j; k { TR = FftReal[k]; TI = FftImage[k]; temp = FftReal[k+bb]; FftReal[k]=FftReal[k]+((FftReal[k+bb]*cos_tabb[p])>>7)+ ((FftImage[k+bb]*sin_tabb[p])>>7); FftImage[k]=FftImage[k]-((FftReal[k+bb]*sin_tabb[p])>>7)+((FftImage[k+bb]*cos-t abb[p])>>7); FftReal[k+bb] = TR - ((FftReal[k+bb]*cos_tabb[p])>>7) - ((FftImage[k+bb]*sin_tabb[p])>>7); FftImage[k+bb] = TI + ((temp*sin_tabb[p])>>7) - ((FftImage[k+bb]*cos_tabb[p])>>7); FftReal[k] >>= 1; FftImage[k] >>= 1; FftReal[k+bb] >>= 1; FftImage[k+bb] >>= 1; } } max=0; for( i=0; i<21; i++)//5 { ulReal = FftReal[i+1]; ulReal *= ulReal; ulImage = FftImage[i+1]; ulImage *= ulImage; a[i] = sqrt_16( ulReal + ulImage ); if( a[i] < FFT_OUT_MIN ) a[i] = 0; else a[i] = a[i]-FFT_OUT_MIN; if(i>2 && i<18) { if( a[i] >max) max =a[i]; } //disp(); 题目：单片机LED音乐频谱的设计院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2011年07月07日 摘要 该系统采用增强型8051单片机STC12C5A60S2为主控制器，通过单片机内置的ADC对音频信号进行采样、量化，然后通过快速傅里叶变换运算，在频域计算出音频信号各个频率分量的功率，最后通过双基色LED单元板进行显示。该方案具有电路结构简洁，开发、生产成本低的优点。 关键词：单片机；傅里叶；LED; 目录 1. 引言 (1) 2. 方案设计 (2) 2．1设计要求 (2) 2．2总体方案设计 (3) 2．3总体方案组成 (6) 3. 系统电路设计 (6) 3．1单片机主控电路设计主控制器 (6) 3．2LED显示模块电路设计 (7) 4. 软件设计 (8) 4．1软件设计流程图 (8) 5．系统的测试 (8) 6．结论 (9) 7．参考文献 (11) 8. 附录 (14) 1. 引言 本文介绍的音乐频谱显示器可对mp3、手机、计算机输出的音乐信号进行实时的频谱显示。系统采用增强型8051单片机STC12C5A60S2为主控制芯片，通过单片机内置的ADC对音频信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过快速傅里叶变换（FFT）运算，在频域计算出音频信号各个频率分量的功率，最后通过双基色LED单元板进行显示。在显示的频率点不多的情况下，本系统比采用DSP或ARM作为主控制芯片的设计方案具有电路结构简洁，开发、生产成本低的优点。 2. 方案设计 2.1设计要求 1. 单片机自带AD 转换，这样省去外围AD 电路。 2. 控制LED 随着音乐跳动，需要理解傅里叶原理。 2.2总体方案设计 经分析，将系统分为两个部分，一个是由单片机组成的主控。另一部分是LED 显示部分，单片机对接收到的音频进行处理经过傅里叶换算后在LED 显示，5V 稳压电源给各个部分供电。 该系统实现的方法有很多种，下面将列出大家最经常用到的实现方案。系统框图如图1所示 图1 音乐频谱总体系统框图 该系统由音频信号预处理电路、单片机STC12C5A60S2控制电路、LED 频谱显示电路等部分组成。图l 为系统整体设计原理框图。 图1 系统整体设计原理框图 系统各组部分的功能：（1）音频信号预处理电路主要对输入的音频进行电压放大和电平提升。（2）单片机STC12C5A60S2控制电路采用内置的ADC 对音频信号进行采样量化，然后对量化后的音频数据采用FFT 算法计算其频谱值，再将各频谱值进行32级量化。（3）LED 频谱显示电路在单片机的控制下，负责将FFT 计算得到的音频信号的各个频点的大小进行直观显示。 1.音频信号预处理电路 图2 音频信号预处理电路 音频信号预处理电路见图2所示，对输入的音频进行电压放大和电平提升。手机、计算机输出的音频信号Vin 经过RP1进行电压调节后，经集成运放LMV358反相放大10倍（Av=-R3/R2=-10），提高系统的灵敏度。选用单电源供电的运放LMV358，一方面可以简化系统电源电路的设计，直接采用系统的+5V 供电即可;另一方面其输出端静态电压为VCC/2，即2.5V 。放大后的音频信号和这2.5V 叠加后变为直流电压信号，满足后面单片机内置的ADC 对输入电压量程的要求。另外，LMV358为轨到轨输出运放，它可在+5V 单电源供电条件下仍具有较大的动态输出范围。 2.单片机STC12C5A60S2控制电路 显示电路 音频信号 单片机 电源 音乐频谱 摘要：我们知道，一切声音都是有震动产生的。声音之所以千变万化各不相同，是因为它们振动各不相同。频率的单位是赫兹（简写Hz），是德国物理学家，他发现了电磁波，人们用他的名字来作为频率的单位。我们耳朵能听到的频率范围，是20Hz—20KHz，根据傅立叶分析，任何声音都可以分解为数个甚至无限个正弦波，而它们往往又包含无数的谐波分量，又往往是时刻变化。音乐频谱是利用微型麦克风来采集声音信号，并通过8050、8550三极管的分频，又有傅里叶变换来得出通过二极管来显示效果。 随着科学技术的不断进步，现在我们所见到的音乐频谱也是各式各样，效果也是越来越创新，以前每当看到家里的音箱功放的记牌小灯，随着播放的音乐如波浪般跳跃，或者在电脑上打开千千静听这个音乐播放软件时，伴随着音箱里传来的美妙音乐，看到那动感的频谱跟随音乐节奏优美的舞动着时，原来只能“听”的音乐，现在却还能“看”，给人类视觉上的炫酷感受，不禁思绪万千，要是把自己某天能亲手用普通的，那将是多么有成就感的事情，至少对我们电子爱好者来说，这是许多人曾经梦想的。 关键词：三极管电位器电解电容 Abstract We know that all sounds are generated by vibration. The reason why the sound is varied, is because of their different vibration. Frequency unit is Hz (abbreviated Hz), the German physicist, he found that the electromagnetic waves, people use his name as a frequency unit. Our ears can hear the frequency range is 20 Hz - 20 kHz. The according to Fourier analysis, any sound can is divided into several or even an infinite number of sine wave often contains many harmonic components, and is often varies from hour to hour. Music spectrum is the use of micro microphone to capture the sound signal, and through 8050, 8550 transistor frequency, and Fu Liye transform to come out through the diode to display results. With the continuous progress of science and technology, now the music spectrum we see is every kind of effect is also more and more, innovation, before every time I see the speaker amplifier home note card lights, music such as wave like jumping, or on the computer to open thousands of static listen to the music player software, with the speaker heard the wonderful music, see the dynamic spectrum to follow the rhythm of the music beautiful dance, the original can only "hear" music, now they can "see", to the human visual sense of cool feeling, can not help thinking of thousands, if their day can personally use 竭诚为您提供优质文档/双击可除 ae音乐频谱模板 篇一：音乐频谱原理 音乐频谱原理 该频谱显示器是采用频谱扫描法，只显示频谱的幅度，不显示相位，分别用红、绿、黄三种led来显示信号的高、中、低频幅度采用动态来显示各个频率点的动态瞬时值。（由于本件采用的是5v电压，因此二极管用的是4148型。）电路是通过小咪头为输入端，右边的发光led灯作为最终的负载，电路主要有音频电压放大器、带通滤波电路等组成。 电位器、电阻等组成三个带通滤波器。带通滤波的作用就是把信号的频率限制在一定的频率范围内，达到该频率的通过否则被阻止，一般都是有R/l/c等无源器件组成，若有晶体管、集成运放组成的称为有源带通滤波，输入阻抗高、输出阻抗低、体积小、重量轻、输出阻抗好等特点。信号由小咪头接受音频信号转化为电信号并和电阻等组成有源带 通滤波，且电容与电阻又组的被阻止。然后传输到后级电路，可通滑动电阻器来改变其阻值调节其阻值，进而改变电阻之 间的比值进而调节q点进而得到不同的频率和不同q值带通滤波器。 频率信号的电平经过带通滤波后经过三极管分别将电压传送到发光二极管，电压的强弱来控制着发光二极管发亮的个数及导通的时间，由于音频的频率比较短暂且起伏所以在转化电平后依旧类似也就形 成那种炫目动态的led闪烁的效果。 篇二：有关音乐频谱的程序 上程序 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ #include//要调入数学（和谐）运算的头文件 #include //定义复数结构 structcompx { floatreal; floatimag; }; //定义复数乘法 structcompxee(structcompxa,structcompxb) { structcompxc; 信号处理实验 实验八：音频频谱分析仪设计与实现 一、实验名称：音频频谱分析仪设计与实现 二、实验原理： MATLAB是一个数据信息和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。本实验可以用MATLAB进行音频信号频谱分析仪的设计与实现。 1、信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图所示。 其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。 2、数字信号统计量估计 (1) 峰值P的估计 在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 式中，N为样本容量，下同。 (3) 均方值估计 中北大学 课程设计说明书 学生姓名：谢航飞学号：1305014126 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息工程 题目：信息处理信息实践： 数据的采集与音频信号的频谱分析 指导教师：王玉职称：副教授 2016 年 1 月 22 日 中北大学 课程设计任务书 15/16 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息工程 学生姓名：关炜学号：1305014102 学生姓名：谢航飞学号：1305014126 学生姓名：李庆学号：1305014140 课程设计题目：信息处理信息实践： 数据的采集与音频信号的频谱分析起迄日期：2016年1月4日～2016年1月22日 课程设计地点：学院楼201实验室 指导教师：王玉 负责人：王浩全 下达任务书日期： 2016 年1月 4 日 1．设计目的： （1）掌握USB总线或PCI总线的基本结构，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构； （2）掌握数据采集卡采集数据的过程和原理； （3）了解MATLAB的信号处理技术； （4）掌握MATLAB 实现音频信号的读取、保存、拼接与频谱分析。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： （1）查阅相关资料，撰写关于基于USB总线或PCI总线A/D卡的报告； （2）采用A/D卡采集信号发生器产生的信号； （3）采用MATLAB读取两个以上音频信号，截取各信号中的一段进行拼接，并进行频谱分析，并讨论不同的采样频率对频谱的影响； （4）保存拼接后的音频信号，并进行播放证实存储的正确性，同时对拼接后的信号进行频谱分析，并与原有信号的频谱作对比； （5）要求3位同学完成。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： （1）要求设计组的每个成员都要了解设计的要求和思路； （2）MATLAB数据处理部分要求有正确的运行结果及结果分析； （3）数据处理部分要求每位同学有自己的理解； （4）每位同学针对上述内容撰写设计说明书（每人1份）。 1122334455667 78 8 D D C C B B A A Title Number Revision Size A2Date: 2012/12/15Sheet of File: E:\\..\MusicSpectrum.SchDoc Drawn By: MusicSpectrum 1 5hao 1 Change06_ RXD TXD 1 234 P1ISP VBUS 1 D-2D+3NC 4GND 5 J1MinUSB C3220uF L1 LED L2LED L3 LED L4 LED L5 LED L6 LED L7LED L8 LED L9LED L10 LED L11 LED L12 LED L13LED L14 LED L15 LED L16 LED L17 LED L18LED L19 LED L20LED L21 LED L22 LED L23 LED L24LED L25 LED L26 LED L27 LED L28 LED L29LED L30 LED L31LED L32 LED L33 LED L34 LED L35LED L36 LED L37 LED L38 LED L39 LED L40LED L41 LED L42LED L43 LED L44 LED L45 LED L46LED L47 LED L48 LED L49 LED L50 LED L51LED L52 LED L53LED L54 LED L55 LED L56 LED L57LED L58 LED L59 LED L60 LED L61 LED L62LED L63 LED L64LED L65 LED L66 LED L67 LED L68LED L69 LED L70 LED L71 LED L72 LED L73LED L74 LED L75LED L76 LED L77 LED L78 LED L79LED L80 LED L81 LED L82 LED L83 LED L84LED L85 LED L86LED L87 LED L88 LED L89LED L90LED L91 LED L92LED L93LED L94LED L95LED L96LED L97LED L98LED L99 LED L100 LED L101LED L102 LED L103 LED L104 LED L105 LED L106LED L107 LED L108LED L109 LED L110LED X0X1R4470R VCC Music_L Music_R GND VCC R5470R R6470R R7470R R8470R R9470R R10470R R11470R R3 470R R2470R R1470R P1.5/ADC5/MOSI 1 P1.6/ADC6/MISO 2 P1.7/ADC/SCLK 3P4.7/RST 4 P3.0/RxD/INT 5 P4.3/CCP1/TxD2/SCLK 6P3.1/TxD 7P3.2/INT08P3.3/INT19P3.4/T0/INT/CLKOUT010P3.5/T0/INT/CLKOUT111P3.6/WR 12P3.7/RD 13 XTAL214XTAL215GND 16 P4.0/SS 17 P2.0/A818P2.1/A919P2.2/A1020P2.3/A1121P2.4/A1222P2.5/A1323P2.6/A1424P2.7/A1525P4.4/NA 26P4.5/ALE 27P4.1/ECI/MOSI 28 P4.6/EX_LVD/RST229 P0.730P0.631P0.532P0.433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC 38 P4.2/CCP0/RxD2/MISO 39 P1.0/ADC0/CLKOUT240 P1.1/ADC141 P1.2/ADC2/ECI/RxD242 P1.3/ADC3/CCP0/TxD243P1.4/ADC4/CCP1/SS 44U1STC12C5A60S2 P20 P21P22P23P24P25P26P27 P35P36P37VCC VCC X1 X0P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20 P21 P22 P23P24 P25P26 P27 P36P37P35 P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P45P46 12Y124MHz C2 47pF C5 104 C622pF C722pF 1 STAND1Φ3-5mm 1 STAND2Φ3-5mm RXD TXD L111 LED L112LED L113 LED L114 LED L115 LED L116 LED L117LED L118 LED L119LED L120 LED L121LED L122 LED L123LED L124 LED L125 LED L126 LED L127 LED L128LED L129 LED L130LED L131 LED L132LED L133 LED L134LED L135 LED L136 LED L137 LED L138 LED L139LED L140 LED L141LED L142 LED L143LED L144 LED L145LED L146LED L147 LED L148LED L149LED L150LED L151LED L152LED L153LED L154LED L155 LED L156LED L157 LED L158 LED L159 LED L160 LED L161LED L162 LED L163LED L164 LED L165LED P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35P20P21P22P23P24P25P26P27P36P37P35Music_L P10P11P12P13P14P15P16P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 1 STAND3Φ3-5mm 1 STAND4Φ3-5mm [y,Fs,bits]=wavread('DSP(1213)_A.wav'); % read sound file N=round(5.56/0.001); % set the order of the filter %F1=0.07; F2=0.29; %óéD?o?DSP(1213)_C.wavμ??μ?ê3é·??¨500-2000%wp=fp/(Fs/2); Fs=14000 %F1=0.10;F2=0.38; %êêóúDSP(1213)_B.wav òò?a??D?o?μ??μ?ê′ó???a600?a?a2300 Fs=12000 F1=0.12;F2=0.33;%êêóúDSP(1213)_A.wav òò?a??D?o?μ??μ?ê′ó???a700?a?a1900/19 Fs=11250 b=fir1(N,[F1,F2],blackman(N+1)); % using blackman window to implement FIR filter %b=fir1(N,[F1,F2],hanning(N+1)); Y=filter(b,1,y); % output te signal after filtering %freqz(b,1,512,Fs); figure freqz(b,1);%normalized frequency title('the filter response(magnitude and Phase)without using scaling factor after using blackman window'); %title('the filter response(magnitude and Phase)without using scaling factor');%after using blackman window'); t=(0:length(y)-1)/Fs; figure; subplot(2,1,1); plot(t,y); % plot original signal in time domain title('Input signal in time domain'); xlabel('Time(second)'); ylabel('Magnitude'); subplot(2,1,2); plot(t,Y); % plot output signal in time domain title('Output signal in time domain'); xlabel('Time(second)'); ylabel('Magnitude'); figure; fft_y=fft(y); fft_Y=fft(Y); f=Fs*(0:length(y)-1)/length(y); subplot(2,1,1); plot(f,20*log10(abs(fft_y(1:length(y))))); % plot original signal in frequency domain %plot(f,abs(fft_y(1:length(y)))); title('Input signal in frequency domain'); xlabel('Frequency(Hz)'); ylabel('Amplitude(dB)'); subplot(2,1,2); plot(f,20*log10(abs(fft_Y(1:length(y))))); % plot output signal in frequency domain %plot(f,abs(fft_Y(1:length(y)))); title('Output signal in frequency domain'); xlabel('Frequency(Hz)'); ylabel('Amplitude(dB)'); 宜宾学院 物理与电子工程学院（DSP）设计报告 题目：音频信号频谱及滤波 专业：物理与电子工程学院 班级：2012级硕勋励志班 学号：120302023 姓名：杨龙 音频信号频谱分析及滤波 一、 设计任务 1、 用计算机 开始—所有程序---娱乐—录音机程序，录取本人的“物电学院”音频信号，时间约为2秒。格式为8KHz 采样，8位量化，单声道，以自已名字命名的.wav 文件。（格式转化在录音机的“文件”下拉菜单的“属性”，选择“立即转换”,再到“属性”里选择相应参数计算机录音一般是采样率为44.1kHz ，16位量化；为减小计算量，在录机的文件—属性—立即转换, 将声音数据转换为采样率8kHz ，8位量化）。 2、 对语音信号逐字进行频谱分析，分析自己语音信号的频谱特征。用wavread()读取声音文件，作图画出声音的时域波形，对其进行频谱分析，画出其频域波形。分析自已音频信号的特点。 3、设计一个0Hz----3.4KHz 的IIR 低通滤波器，Hz f p 3400= , Hz f s 3550=, dB s 25=α dB p 1=α。对“物”字和“电”字音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。同时用sound 回放滤波后的声音信号。 （本题即为设计一个IIR 低通滤波器，通带截止频率为3400Hz,阻带截止频率为3550Hz ，阻带衰减为25dB,通带衰减为1dB ） 4、设计一个0Hz----3.4KHz 的FIR 低通滤波器，Hz f p 3400= , Hz f s 3550=, dB s 25=α dB p 1=α 。对“物”字和“电”字音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。同时用sound 回放滤波后的声音信号。 （本题即为设计一个FIR 低通滤波器，通带截止频率为3400Hz,阻带截止频率为3550Hz ，阻带衰减为25dB,通带衰减为1dB ） 5、设计一个100Hz----8KHz 的IIR 带通滤波器，Hz f s 01=, Hz f p 1001= , Hz f p 80002= , Hz f s 81001=, dB s 25=α dB p 1=α，对“学”字和“院”字的音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域 程序如下： #include void FFT() { int i,j,k,t,P,B,m; complex up,down,product; for (i=0;i<7;i++) { B=1< 山东交通学院 2013届毕业生毕业论文(设计) 题目：音乐信号的频域分析 院(系)别信息科学与电气工程学院 专业电子信息工程 班级电信091 学号090819507 姓名陈鹏 指导教师饶中洋 二〇一三年六月 原创声明 本人陈鹏郑重声明：所呈交的论文“音乐信号的频域分析”，是本人在导师饶中洋的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。 论文作者(签字)： 日期：年月日 信号不仅在时域有表现形式，在频域、复频域等同样有表现形式。在时域难以辨别的信号可通过傅里叶变换到频域进行分析。往往在频域分析音乐信号时更容易找出它们之间各自的特点。时域信号通过傅里叶变换就可以转换到频域，特别是离散傅里叶变换近年来发展迅猛，先后出现了多种快速算法，特别是借助计算机后，使得繁杂的计算变的简单化、快速化、形象化。 但是，傅里叶变换是一种整体变换，作为频域表示的功率谱并不能告诉我们其中某种频率分量出现在什么时候及其变化情况。在许多实际应用场合，信号是非平稳的，这时，只了解信号频域的全局特性是远远不够的，最希望得到的是信号频谱随时间变化的情况。为此，需要使用时间和频率的联合函数来表示信号，这种表示简称为信号的时频表示。时频分析的主要研究对象是非平稳信号或时变信号，主要的任务是描述信号的频谱含量是怎样随时间变化的。 本文就是基于Matlab1应用短时傅里叶变换的方法对钢琴等乐器发出的单个音进行分析，然后对一段未知乐曲进行同样的频域分析，与已知音名的音的频域特点进行对比进而翻译这段音乐的乐谱。 关键词：音乐信号，时频分析，Matlab 1 本文用Matlab版本均为R2007a. 毕业设计说明书(论文) 利用MATLAB软件 对音频信号进行频谱分析与处理 毕业设计说明书（论文）中文摘要 本科毕业设计说明书（论文）第I 页共I 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 本科毕业设计说明书（论文）第II 页共I 页 目次 1 引言 (1) 1．1 研究背景 (1) 1.2 本文主要研究内容 (1) 2 MATLAB简介 (3) 2.1 什么是MATLAB (3) 2.2 MATLAB的发展历史 (3) 2.3 MATLAB系统 (4) 2.4 MATLAB的主要功能和特性 (6) 3. 数字滤波器简介 (8) 3.1 数字滤波器的定义及分类 (8) 3.2 数字滤波器设计方法 (10) 4.音频信号频谱分析的软件实现 (13) 4.1 数字滤波器设计 (13) 4.2 音频信号频谱分析 (17) 4.3 界面设计 (37) 结论 (43) 致谢 (44) 参考文献 (45) 本科毕业设计说明书（论文）第1 页共45 页1 引言 1.1 研究背景 在计算机技术日新月异的今天，计算机已同人们的日常生活和工作越来越紧密的联系在一起。而在工程计算领域中，计算机技术的应用正逐步把科技人员从繁重的计算工作中解放出来。在科学研究和工程应用的过程中，往往需要进行大量的数学计算，传统的纸笔和计算器已根本不能满足海量计算的要求。 MATLAB的产生是与数学计算紧密联系在一起的， MATLAB由主包和功能各异的工具箱组成，其基本数据结构是矩阵，它具有非常强大的计算功能，正是凭借其杰出的性能，MATLAB现在已成为世界上应用最广泛的工程计算应用软件之一。MATLAB在国外的高校已成为大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本程序设计语言。 信号处理是科学研究和工程技术许多领域都需要进行的一个重要环节，这种处理包括信号的检测、变换、滤波、传输、信号提取等。传统上对信号的处理大都采用模拟系统来实现，然而，随着人们对信号处理要求的不断提高，以及模拟信号处理中一些不可克服的缺点，对信号的许多处理转而采用数字的方法来进行。信号处理技术是开发具有自主知识产权的各类先进产品的瓶颈，是一项关键技术。 MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，已成为数学、信息、控制、经济等诸多学科实用的仿真软件。MATLAB是一套用于科学计算的可视化高性能语言与软件环境。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示与一体，构成了一个界面友好的用户环境。信号处理是MATLAB应用最成功的领域之一，MATLAB将信号处理中的许多常用算法编写成了可调用的函数，汇集构成了信号处理工具箱。它的信号处理工具箱包含了各种经典的和现代的数字信号处理技术，是一个非常优秀的算法研究与辅助设计的工具。 1.2 本文主要研究内容 MATLAB具有非常强大的计算功能，凭借其杰出的性能，MATLAB现在已经成为世界上应用最广泛的工程计算应用软件之一。MATLAB已经是理工科的学生必须掌握的应用软件了。本文利用MATLAB处理音频信号，掌握了MATLAB的使用方法，详细了解了MATLAB的产生发展过程及原理。分析了三种音频信号的频谱，运用MATLAB设计了低通、高通、带通、带阻等四种IIR数字滤波器，并分析了这三种音频信号通过四种不同滤波器后的频谱，比较了前后频谱的不同。设计IIR数字滤波器的方法不尽相同， 五色LED音乐频谱 长时间没有搞电子制作了，感觉思维有些退化了，但是又不能整天闲着，于是只能进行小补搞搞别人搞过的东西，玩玩山寨。如图所示，这个东西一直是大家比较喜欢的，我们用电脑音乐播放器播放音乐时就喜欢看上面随音乐而跳动的竖条，一跳一跳的，很酷。 当然，这个作品我不是首创，国内有很多人都有成功的作。在此说明一下，我个人感觉比较有趣，于是自己也研究一下原理，然后也做出来一个。好了，不多废话，来看看俺的版本。 如图所示，正面看仅是一个LED显示屏，从左到右分别由黄、红、绿、蓝和粉红这5种不同颜色组成的5条光柱，电路的控制部分在后面的一层洞洞板上，然后用铜柱子把前后两层洞洞板固定起来，这样整体上看就彼为干净利落，而且音乐频谱还能直接立起来，方便正面的观看。程序还加入了自动增益，能根据音量调节的大小而改变光柱的高度，从而不会出现满屏或者不亮的情况。制作！ 看电路图： +5V 0.1uF +5V 100uF 元器件列表： STC12C5A 60S2 单片机一块 12*18cm 洞洞板两块 黄、红、绿、蓝、粉红 草帽LED 各11个（可根据个人爱好而选择） 3.5mm 的音频插头 一个 一分二音频线一个 24MHZ 晶振 一个 30PF 电容两个 40脚单片机插座一个 470欧贴片电阻11个 排插若干 铜柱子 4个 并排8针的杜邦线 两条 下面我进行图文详细的介绍，懒惰者可以直接看图，跳过文字的说明，因为图片已经说明一切了。 首先，我们要在12*18cm的洞洞板上焊接上LED灯，因此要先前量度好板子，合理分配每个LED灯的焊接位置，每一竖的光柱为11个，总共有5竖，经过分配后就可以焊接上LED，如图所示，先焊接黄色LED发光二极管，逐个放上LED灯在洞洞板上，然后在背面用焊锡固定好，引脚不要剪去，到后面还有用，焊接后就如图所示。 我的淘宝店：https://www.doczj.com/doc/b611532087.html, 我的博客地址：https://www.doczj.com/doc/b611532087.html,/new/haorongwu 实验八 音频频谱分析仪设计与实现 一、实验原理 MATLAB 是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和指令。 本实验基于声卡与MATLAB 实现音频信号频谱分析仪。 1、频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻两个信号波峰的时间差或过零点的时间差。采用过零点（ti ）的时间差T （周期）。频率即为f=1/T ，由于能够求得多个T 值，故采用他们的平均值作为周期的估计值。 2、峰值检测 在一个周期内，求出信号最大值max y 与最小值min y 的差得一半记为A ，同样得到多个A 值，但第一个A 值对应的max y 和min y 不是在一个周期内搜索得到的，故以除第一个以外的A 值的平均作为幅值的估计值。 3、相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相 应的相位差。）π（T /ti -12=?，同样以?的平均值作为相位的估计值。 4、数字信号统计量估计 （1）峰值P 的估计 在样本数据x 中找出最大值与最小值，其差为双峰值，双峰值的一半即为峰值。 （2）均值估计 ∑=Ｎ ｉ＝０ ｉｙN 1)y (E ，N 为样本容量。 （3）均方值估计 ∑=Ｎｉ＝０ｉｙ22N 1 )y (E （4）方差估计 ∑=Ｎｉ＝０ ｉｙ2))(E -(N 1)y (D y 5、频谱分析原理 时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除但频率分量的简单波形外，很难明确提示信号的频率组成和各频率分量大小，而频谱分析能很好的解决此问题。 （1）DFT 与FFT 对于给定的时域信号y ，可以通过Fourier 变换得到频域信息Y 。Y 可按下式计算 式中，N 为样本容量，Δt = 1/Fs 为采样间隔。 采样信号的频谱是一个连续的频谱，不可能计算出所有的点的值，故采用离散Fourier 变换(DFT)，即 基于STM32 DSP库的音乐频谱设计 成员：游政园刘亚东彭誉 黄文卓程剑张琼燕 班级：电子信息科学与技术1211班 指导老师：张静 目录 一、设计任务和性能指标 (2) 1.1 设计任务 (2) 1.2 性能指标 (2) 二、设计方案 (2) 2.1 系统总体方案设计 (2) 2.2 硬件设计 (3) 2.2.1主控MCU模块 (3) 2.2.2电阻触摸液晶显示模块 (4) 2.2.3音频采集模块 (6) 2.2.3按键输入模块 (6) 2.2.4 整体电路布局 (7) 三、系统软件介绍 (7) 3.1 软件实现思路 (7) 3.2 各部分软件实现思路 (8) 3.2.1 硬件初始化 (8) 3.2.2 音频信号的采集 (9) 四、测试结果 (11) 4.1 64分频，即64点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (11) 4.2 256分频，即256点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (12) 4.3 64分频，即64点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (12) 五、结束语 (13) 参考文献 (13) 基于STM32 DSP库的音乐频谱设计报告 摘要：本作品是基于STM32和DSP库的音乐频谱的设计，能够对采集的音频信号进行分频处理并显示在液晶屏上。本设计主控芯片采用的是大容量增强型ARM Cortex-M3 内核STM32F103ZET6芯片，其运行频率高，运算速度快，主频为72MHZ，可超频至128MHZ，在移植了ST官方的DSP库后运算能力非常强，音频采样使用的是其内部12 位逐次逼近型的模拟数字转换器，采样速度快，转换时间短，精度高，同时显示用的是用FSMC控制的TFT 液晶屏，可以达到非常好的显示效果。 关键字：STM32；DSP库，音乐频谱 一、设计任务和性能指标 1.1 设计任务 设计一个音乐频谱，带有FFT-64点和FFT-256点的音乐柱状显示。 用Altium Designer画出原理图，绘出程序流程图，规范化程序设计。实现基本功能。 1.2 性能指标 1、音乐频谱显示柱状更新速度快，能实时显示当前音乐频谱分布。 2、整体抗干扰能力强，功能稳定，精度高。 二、设计方案 2.1 系统总体方案设计 本系统有如下部分：STM32F103ZET6单片机核心控制模块、按键输入模块、电阻触摸屏输入模块、ADC音频采样输入模块，Ili9325主控TFT液晶屏显示输出模块。硬件原理模块框图如下图： 1前言 1.1选题背景 DSP处理速度快，功耗低，性能好，基于TMS320C5416DSP芯片的语音存储容量大，具有很好的通信音质等特点，因此被广泛应用于很多领域中。 本设计实现的语音分析系统具有如下优点： 1．音频数据占用资源少 2．音质通信级 3．开发难度低 4．语音芯片与DSP接口电路简单 5．体积小 在论文完成过程中，我首先在图书馆查阅相关书籍研究如何进行基于TMS320C5416DSP芯片的语音录放器的方案设计，然后对系统内部所需要的各个模块进行设计并对芯片做了详细研究；其次参阅相关资料在计算机和实验板上进行应用软件的设计、编程与调试，然后在老师指导下进行硬件与软件的联合调试；最后自己对毕业设计资料进行整理，总结，完成毕业设计论文。 在整个设计过程中，本文首先介绍了基于TMS320C5416DSP芯片的语音录放系统的工作原理，给出了整体设计方案和工作框图，然后给出了系统的硬件设计方案；在硬件设计中，我们采用了TLV320AIC23芯片为核心音频录放接口器件，结合TMS320C5416DSP芯片，语音数据存储FLASH存储器等基本完成了语音录放器硬件的设计过程；最后介绍了基于TMS320C5416DSP芯片的语音录放系统的软件设计，软件部分主要是在CCS环境下用C语言编程实现。将外部输入的模拟语音信号，经由高保真语音芯片TLV320AIC23进行采样后保存在外扩存储器存储空间中，然后这些存储的数字语音信号经过DSP带缓冲串口MCBSP 2 读入DSP，经过FIR数字低通滤波器滤除语音信号中高频部分及其它噪声，最后对这些语音信号的FFT变换。 该语音分析系统的设计能够完成语音采集，播放，存储，频谱分析，基本实现了语音分析功能。随着技术的进步，TMS320C5416DSP与TLV320AIC23的结合的语音编码方案单片机音乐频谱..
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