基于STM32音频频谱分析设计

基于STM32音频频谱分析设计

(程序+原理图+PCB+设计报告)

功能介绍

具体功能:

采用咪头(话筒拾音传感器)采集音频信号,此音频信号过小,不利于单片机ADC直接采集,故将此音频信号经LM358放大电路放大后送入单片机的ADC口采集。

将采集到的音频信号进行量化,采用傅里叶变换,得出音频信号中的AD值频谱分布,

并将各段实时时间内的频谱分布数组以描点的方式显示在OLED屏幕之上。即可直观感受经傅里叶FFT变换分析得出的频谱显示。

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

程序

cs 复制代码
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "adc.h"
#include "dma.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
/***微信公众号:木子单片机****/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stm32_dsp.h"
#include "table_fft.h"
#include "math.h"
#include "oled.h"
#include "config.h"
#include "bg.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
#define NPT 256
#define PI2 6.28318530717959
//采样率计算
//分辨率:Fs/NPT 
//#define Fs	10000
#define Fs	9984
//取9984能出来整数的分辨率 9984/256 = 39Hz

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
void Error_Handler(void);

/* USER CODE BEGIN PFP */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void Creat_Single(void);
void GetPowerMag(void);
void Single_Get(void);
void display1(void);
void display2(void);
void Key_Scan(void);
/* USER CODE END PFP */

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint32_t adc_buf[NPT]={0};

long lBufInArray[NPT];
long lBufOutArray[NPT/2];
long lBufMagArray[NPT/2];


uint8_t prt = 10;	//量化显示的比例
#define SHOW_NUM 4				//显示函数的个数
uint8_t display_num = 1;	//控制显示方式的
uint8_t auto_display_flag = 0;	//自动切换显示标志 1:自动切换 0:手动

uint8_t fall_pot[128];	//记录下落点的坐标

/* USER CODE END 0 */

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint16_t i = 0;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM3_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	printf("uart test! \r\n");
	
	/*初始化显示*/
	GUI_Initialize();
	/*设置前景色和背景色 这里用1和0代替*/
	GUI_SetColor(1,0);
	GUI_LoadPic(0,0,(uint8_t *)&gImage_bg,128,64);
	GUI_Exec();
	HAL_Delay(3000);
	
	//初始化下落点 把下落的点 初始化为最底部显示
	for(i=0;i<128;i++)
		fall_pot[i] = 63;
	
	/*启动ADC的DMA传输 配合下面定时器来触发ADC转换*/
	HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buf, NPT);
	/*开启定时器 用溢出事件来触发ADC转换*/
	HAL_TIM_Base_Start(&htim3);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
		Key_Scan();
  }
  /* USER CODE END 3 */

}

/** System Clock Configuration
*/
void SystemClock_Config(void)
{

  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit;

    /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
    */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

    /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
    */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
  PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

    /**Configure the Systick interrupt time 
    */
  HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);

    /**Configure the Systick 
    */
  HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

  /* SysTick_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
/************FFT相关*****************/
//测试用 生成一个信号
void Creat_Single(void)
{
	u16 i = 0;
	float fx=0.0;
	
	for(i=0; i<NPT; i++)
	{
		fx = 2048+2048*sin(PI2 * i * 200.0 / Fs)+
				 3100*sin(PI2 * i * 502.0 / Fs)+
				 1300*sin(PI2 * i * 990.0 / Fs);
		lBufInArray[i] = ((signed short)fx) << 16;		
	}
}
//获取FFT后的直流分量
void GetPowerMag(void)
{
    signed short lX,lY;
    float X,Y,Mag;
    unsigned short i;
    for(i=0; i<NPT/2; i++)
    {
        lX  = (lBufOutArray[i] << 16) >> 16;
        lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);
			
				//除以32768再乘65536是为了符合浮点数计算规律
        X = NPT * ((float)lX) / 32768;
        Y = NPT * ((float)lY) / 32768;
        Mag = sqrt(X * X + Y * Y)*1.0/ NPT;
        if(i == 0)	
            lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);
        else
            lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);
    }
}
/*柱状显示*/
void display1(void)
{
	uint16_t i = 0;
	uint8_t x = 0;
	uint8_t y = 0;
	
	/*******************显示*******************/
	GUI_ClearSCR();
	for(i = 0; i < 32; i++)	//间隔的取32个频率出来显示
	{
		x = (i<<2);	//i*4
		y = 63-(lBufMagArray[x+1]/prt)-2;	//加1是为了丢掉第一个直流分量
		if(y>63) y = 63;
		
		GUI_LineWith(x,y,x,63,3,1);
		
		//画下落的点
		if(fall_pot[i]>y) fall_pot[i] = y;
		else
		{
				if(fall_pot[i]>63) fall_pot[i]=63;
				GUI_LineWith(x,fall_pot[i],x,fall_pot[i]+3,3,1);
				fall_pot[i] += 2 ;
		}
	}
	GUI_Exec();
}
/*单柱状显示*/
void display2(void)
{
	uint16_t i = 0;
	uint8_t y = 0;
	
	/*******************显示*******************/
	GUI_ClearSCR();
	for(i = 1; i < 128; i++)	
	{
		y = 63-(lBufMagArray[i]/prt)-2;
		if(y>63) y = 63;
		
		GUI_RLine(i,y,63,1);		
		//画下落的点
		if(fall_pot[i]>y) fall_pot[i] = y;
		else
		{
				if(fall_pot[i]>63) fall_pot[i]=63;
				GUI_RLine(i,fall_pot[i],fall_pot[i]+1,1);
				fall_pot[i] += 2 ;
		}
	}
	GUI_Exec();
}
/*柱状显示 中间对称*/
void display3(void)
{
	uint16_t i = 0;
	uint8_t y = 0;
	
	/*******************显示*******************/
	GUI_ClearSCR();
	for(i = 0; i < 127; i++)	
	{
		y = 31-(lBufMagArray[i+1]/prt)-2;	//加1是为了丢掉第一个直流分量
		if(y>31) y = 31;
		
		GUI_RLine(i,32,y,1);
		GUI_RLine(i,32,63-y,1);
		
		//画下落的点
		if(fall_pot[i]>y) fall_pot[i] = y;
		else
		{
				if(fall_pot[i]>30) fall_pot[i]=30;
				GUI_RLine(i,fall_pot[i],fall_pot[i]+1,1);
				GUI_RLine(i,63-fall_pot[i],63-(fall_pot[i]+1),1);
				fall_pot[i] += 2 ;
		}
	}
	GUI_Exec();
}
/*单柱状显示 中间对称*/
void display4(void)
{
	uint16_t i = 0;
	uint8_t x = 0;
	uint8_t y = 0;
	
	/*******************显示*******************/
	GUI_ClearSCR();
	for(i = 0; i < 32; i++)	//间隔的取32个频率出来显示
	{
		x = (i<<2);	//i*4
		y = 31-(lBufMagArray[x+1]/prt)-2;	//加1是为了丢掉第一个直流分量
		if(y>31) y = 31;
		
		GUI_LineWith(x,y,x,32,3,1);
		GUI_LineWith(x,63-y,x,32,3,1);
		
		//画下落的点
		if(fall_pot[i]>y) fall_pot[i] = y;
		else
		{
				if(fall_pot[i]>31) fall_pot[i]=31;
				GUI_LineWith(x,fall_pot[i],x,fall_pot[i]+3,3,1);
				GUI_LineWith(x,63 - fall_pot[i],x,63 - fall_pot[i]-3,3,1);
				fall_pot[i] += 2 ;
		}
	}
	GUI_Exec();
}


//ADC DMA传输中断
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
	uint16_t i = 0;
	static uint16_t num = 0;	
//	printf("adc dma interrupt \r\n");
	HAL_ADC_Stop_DMA(&hadc1);							//完成一次测量 关闭DMA传输
	
	//填充数组
	for(i=0;i<NPT;i++)
		lBufInArray[i] = ((signed short)(adc_buf[i]-2048)) << 16;		//这里因为单片机的ADC只能测正的电压 所以需要前级加直流偏执
																																	//加入直流偏执后 软件上减去2048即一半 达到负半周期测量的目的
	//cr4_fft_1024_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);							//FFT变换
	cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);
	GetPowerMag();																									//取直流分量对应的AD值
//	//打印出来测试
//	for(i=0;i<NPT/2;i++)
//		printf("i:%3d, f:%.2f, Power:%10d\r\n", i, (float)i*Fs/NPT, lBufMagArray[i]);
	
	//自动显示
	if(auto_display_flag == 1)
	{
		if(num>300)
		{
			num = 0;
			display_num ++;
			if(display_num>SHOW_NUM) display_num = 1;
		}
	}
	num++;
	//显示
	switch(display_num)
	{
		case 1:
			display1();
			break;
		case 2:
			display2();
			break;
		case 3:
			display3();
			break;
		case 4:
			display4();
			break;
		default:
			display3();
			break;
	}
	HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buf, NPT);
}

#define K1 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3)
#define K2 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_4)
#define K3 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_5)

void Key_Scan(void)
{
	static uint8_t mode_num = 0;
	if(K1 == RESET)
	{
		HAL_Delay(10);
		if(K1 == RESET)
		{
			while(!K1);
			mode_num=!mode_num;
			if(mode_num == 1) //自动显示模式
			{
				auto_display_flag = 1;
				GUI_PutString(0,0,"Auto");
				GUI_Exec();
			}
			else							//正常显示模式 手动切换效果
			{
				auto_display_flag = 0;
				GUI_PutString(0,0,"Manual");
				GUI_Exec();
			}
		}
	}
	if(K2 == RESET)
	{
		HAL_Delay(10);
		if(K2 == RESET)
		{
			while(!K2);
			if(mode_num == 0)	//手动模式 
			{
				display_num ++;
				if(display_num > SHOW_NUM) display_num = 1;
			}
		}
	}
	if(K3 == RESET)
	{
		HAL_Delay(10);
		if(K3 == RESET)
		{
			while(!K3);
			if(mode_num == 0)	//手动模式 
			{
				if(display_num == 1) display_num = SHOW_NUM+1;
				display_num --;
			}
		}
	}
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  while(1) 
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler */ 
}
******//完整资料
     *//***微信公众号:木子单片机****/
#ifdef USE_FULL_ASSERT

/**
   * @brief Reports the name of the source file and the source line number
   * where the assert_param error has occurred.
   * @param file: pointer to the source file name
   * @param line: assert_param error line source number
   * @retval None
   */
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
    ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */

}

#endif

/**
  * @}
  */ 

/**
  * @}
*/ 

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

硬件设计

使用元器件:

单片机:STM32F103;

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

流程图:

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

设计资料

01原理图

本系统原理图采用Altium Designer19设计,具体如图!

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

02PCB

本系统pcb采用Altium Designer19设计,具体如图!

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

03程序

本设计使用软件Keil5 MDK版本编程设计!具体如图!

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

04设计报告

两千字设计报告,具体如下!

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

05设计资料

全部资料包括程序(含注释)、AD原理图、PCB、设计报告、实物图等。具体内容如下,全网最全! !

添加图片注释,不超过 140 字(可选)

点赞分享一起学习成长。

相关推荐
Jay Kay30 分钟前
MemVid:信息存储的未来?创新还是“视频噱头”?
音视频
我命由我123451 小时前
STM32 开发 - 中断案例(中断概述、STM32 的中断、NVIC 嵌套向量中断控制器、外部中断配置寄存器组、EXTI 外部中断控制器、实例实操)
c语言·开发语言·c++·stm32·单片机·嵌入式硬件·嵌入式
宋一平工作室1 小时前
单片机队列功能模块的实战和应用
c语言·开发语言·stm32·单片机·嵌入式硬件
SY师弟2 小时前
台湾TEMI协会竞赛——2、足球机器人组装教学
c语言·单片机·嵌入式硬件·机器人·嵌入式·台湾temi协会
挨踢玩家2 小时前
stm32---dma串口发送+fifo队列框架
stm32·单片机·嵌入式硬件
youcans_2 小时前
【EdgeAI实战】(3)边缘AI开发套件 STM32N6570X0 用户手册
stm32·单片机·嵌入式硬件·边缘计算·边缘ai
whoarethenext2 小时前
使用 C/C++的OpenCV 将多张图片合成为视频
c语言·c++·opencv
昨日之日20063 小时前
LatentSync V8版 - 音频驱动视频生成数字人说话视频 更新V1.6版模型 支持50系显卡 支持批量 一键整合包下载
人工智能·音视频
梦境虽美,却不长4 小时前
C语言 学习 宏命令(预处理) 2025年6月9日14:41:39
c语言·开发语言·学习
知舟不叙4 小时前
基于OpenCV实现视频运动目标检测与跟踪
opencv·目标检测·目标跟踪·音视频