FFT在单片机C8051中的实现

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高低频能有直观的了解。

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、显示模块三部分组成。

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的信号进行滤波处理。

另外设置输出音频接口以便监听。

控制处理器采用51内核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个点进行浮点型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。

显示部分主体为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。

另设置了对比度调节电阻，使屏幕对比度可调。

关键词：FFT 单片机音频频谱THE REALIZATION OF FFT IN THEMICROCONTROALERABSTRACTAudio 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 comes 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 complete sampling time is 1.25ms, the maximum sampling frequency is 25600Hz, and the distinguish frequency is 800Hz ~ 12800Hz, with 16 levels.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 displayed 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,AUDIO SPECTRUM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课题发展的状况 (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 (3)§2.2.1处理器的比较与选择 (3)§2.2.2采样模块的确定 (4)§2.2.3显示器件的比较和选择 (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 (6)§3.1.2 单片机的最小系统 (6)§3.2 显示屏LCD1602 (7)§3.2.1 LCD1602简介 (7)§3.2.2 LCD1602的硬件连接 (8)§3.3.1 LM324电压增益与偏移电路 (9)§3.3.2 滤波电路 (10)第4章系统软件设计 (11)§4.1系统软件总体设计 (11)§4.2 系统软件详细设计 (12)§4.2.1 系统的准备和初始化 (12)§4.2.2 AD采样子程序 (13)§4.2.3 蝶形运算的FFT算法 (15)§4.2.4 显示子程序 (17)第5章系统调试 (20)§5.1 信号电压调试 (20)§5.2 单频率信号测试 (20)§5.2.1 实际频率分度测试 (21)§5.2.1 频率混叠和滤波效果 (22)§5.3 实际使用效果 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)附录 (27)一、主程序代码 (27)二、原理图 (35)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。

c8051f单片机ad采样程序//------------------------------------------------------------------------------------// Main.c//------------------------------------------------------------------------------------// Copyright (C) 2013 SINYD.// BY Wbr// Tool chain: KEIL Full 'c'////#pragma CD OE DB SB // Compilation directives//------------------------------------------------------------------------------------// Includes//------------------------------------------------------------------------------------#ifndef C8051REG#include "c8051f020.h" // SFR declarations#define C8051REG#endif#include "1302.h"#include "lcd.h"#include#define SYSCLK 22118400 //SYSCLK frequency in Hz#define BAUDRATE 115200 //Baud rate of UART in bps#define SAR_CLK 2500000 //ADC conversion clock = 2.5MHz#define ADC04V 645 //4毫安电流时AD采样初值12位AD#define ADPRE 175 //AD转温度时比值放大1000倍即：(ADC-ADC04V)*ADPRE /1000//*************温度标定设置**************#define HTA 32 //线性方程0=0.4a-b;50=2.0a-b 求解得a = 31.25 b=12.5 分别取32和13#define HTB 13#define HRA 63 //线性方程0=0.4a-b;100=2.0a-b 求解得a = 62.5 b=25 分别取63和25#define HRB 25#define TEA 313 //线性方程0=0.4a-b;500=2.0a-b 求解得a = 312.5 b=125 分别取313和125#define TEB 125#define HPA 63 //线性方程-5=0.4a-b;5=2.0a-b 求解得a = 6.25 b=7.5 分别取63和75 放大10倍#define HPB 75//------------------------------------------------------------------------------------// Global CONSTANTS//------------------------------------------------------------------------------------extern void Init_Device(void);#define N 11sfr16 TMR2 = 0xCC; //定义成16位地址sfr16 ADC0 = 0xBE;uint idata ADCbuffer1[N];uint sum = 0;uchar ADcount = 0;uchar Page = 1,direction = 1,direction1 = 1;uchar set = 0,ent = 0,Tset;uchar TH,TL,TT1,TT2,TT3; //用来拆分送显示的变量uchar keybuffer[6];uchar BGset=0; //BGset背光关，开控制量，如果没有键按下超过1分钟，关闭背光！有键按下立刻开背光bit Disptime,sendc;sbit BLK = P3^6 ; //LCD背光uint SPEEDcount1; //计数器uint SPEEDcount2; //计数uint SPEEDTP; //测试距离V=SPEEDrange/SPEEDtime;uint SPEEDNY;uint TPrange = 0;uint TPcount = 0;uint idata TEMP1 = 0;uint idata TEMP2 = 0;uint idata TEMP3 = 0;uint idata TEMP4 = 0;uint idata HT = 0;uint idata HR = 0;uint idata HP = 0;uint idata HP1= 0;uint idata TPHD= 0;uint idata TPHD1= 0;uint idata TPHD2= 0; //8路AD通道变量四路来料温度环境温度湿度横坡度摊铺厚度uchar idata HPF,KT1F,KT2F,KT3F,KT4F,HTF,HRF; //横坡传感器状态位long a;//*******参数设置，传感器标定变量和数组************************//uchar xdata SZL0,SZH0,SZL1,SZH1,SZL2,SZH2;uchar xdata SZL3,SZH3,SZL4,SZH4,SZL5,SZH5,SZL6,SZH6; //0~2为施工站号，3~4，5~6分别为摊铺，压实输入长度uchar code CSSZ_c[7] _at_ 0x8000; //7k的地址左右站号设置,摊铺碾压计算长度输入uchar xdata CSSZ_x[7] _at_ 0x8000;uchar xdata Between[7]; //0~11时间12~19存功率//////////////////////////////////////GPS数据存储数组//uchar xdata A_V[1]; // V无效A有效//uchar xdata JD01[4]; //经度//uchar xdata WD01[4]; //经度uchar xdata JD[12] = {0x30,0x30,0x30,0x30,0x30,0x2e,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30}; //经度初始化送数字“0”uchar xdata JD_a; //经度方向uchar xdata WD[11] = {0x30,0x30,0x30,0x30,0x2e,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30,0x30}; //纬度初始化送数字“0”uchar xdata WD_a; //纬度方向//uchar xdata time[6]; //时间时分秒//uchar xdata TIMER[6]; //年月日//uchar xdata speed[5]; //速度//uchar xdata HIGH[6] = {0x30,0x30,0x30,0x30,// 0x30,0x30}; //高度初始化送数字“0”//uchar xdata angle[5]; //方位角//uchar xdata use_sat[2]; //使用的卫星数//uchar xdata total_sat[2]; //天空中总卫星数//uchar lock; //定位状态//串口中断需要的变量uchar xdata seg_count; //逗号计数器uchar xdata dot_count; //小数点计数器uchar xdata byte_count; //位数计数器uchar xdata cmd_number; //命令类型uchar xdata mode; //0：结束模式，1：命令模式，2：数据模式uchar xdata buf_full; //1：整句接收完成，相应数据有效。

单片机实现傅里叶变换单片机是一种集成了微处理器、内存和输入输出设备等功能于一体的微型计算机系统。

在工程实践中，单片机广泛应用于各种控制系统中，包括自动化控制、仪器仪表控制、电力电子控制等。

傅里叶变换是一种重要的数学工具，可以将时域信号转换为频域信号，对信号的频谱特性进行分析。

本文将探讨如何利用单片机实现傅里叶变换。

傅里叶变换的基本原理是将一个周期性函数分解为一系列正弦函数的叠加。

在数字信号处理中，傅里叶变换可以通过离散傅里叶变换（DFT）来实现。

DFT是一种将离散信号转换为频域信号的方法，可以将时域上的数字序列转换为在频域上的能量谱密度。

要实现傅里叶变换，首先需要将输入信号进行采样。

采样是将连续信号离散化的过程，可以通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。

在单片机中，可以通过ADC模块来实现信号的采样。

接下来，需要对采样信号进行存储和处理。

在单片机中，可以利用内存来存储采样信号，并利用处理器对信号进行处理。

通过计算，可以将离散信号转换为频域信号。

在单片机中，可以利用快速傅里叶变换（FFT）算法来实现傅里叶变换。

FFT算法是一种高效的计算DFT的方法，可以大大减少计算复杂度。

通过使用FFT算法，可以在较短的时间内完成傅里叶变换。

在单片机中，可以通过软件或硬件来实现FFT算法。

软件实现需要编写相应的程序代码来实现FFT算法，而硬件实现则可以利用专门的FFT芯片或者FPGA来加速计算。

除了傅里叶变换，单片机还可以实现其他的频域分析方法，如离散余弦变换（DCT）、小波变换等。

这些方法在不同的应用领域中有着广泛的应用，可以对信号进行更加深入的分析。

在实际应用中，单片机实现傅里叶变换可以用于音频信号处理、图像处理、通信系统等领域。

例如，在音频信号处理中，可以通过傅里叶变换来实现音频信号的频谱分析、滤波等操作。

在图像处理中，可以利用傅里叶变换来进行图像增强、去噪等操作。

在通信系统中，可以利用傅里叶变换来进行信号调制、解调等操作。

//1024点正确24M,22.5秒ram:6.128k
#include "REG52.h"
#include <math.h>
#include <intrins.h>
#define PI 3.1415926
#define SAMPLENUMBER 1024 //AD采样点数
#define BYTE_LEN 256 // A/D字长,8位为256，10位为1024.。。
float buf0,buf1; //计算失真度变量，结果在buf1中
void InitForFFT(); //FFT初始化程序
void MakeWave(); //验证程序波形生成函数
xdata int INPUT[SAMPLENUMBER];
xdata float dataR[SAMPLENUMBER];
MakeWave(); //代替A/D采样值
FFT();
for(i=2;i<(SAMPLENUMBER/2);i++)/*计算失真度，只需要10次以下的谐波进行分析*/
{
buf0=w[i]*w[i]+buf0;}
buf0=sqrt(buf0);
buf1=buf0/w[1]; //失真度为0.3169484
{
unsigned int i;
for ( i=0;i<SAMPLENUMBER;i++ )
{
sin_tab[i]=sin(PI*2*i/SAMPLENUMBER);
cos_tab[i]=cos(PI*2*i/SAMPLENUMBER);
}
}
void MakeWave()