用51单片机实现音频信号的频谱显示-电子工程世界

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思路：外来音频信号经过51单片机，在单片机中进行频谱分析，并将结果显示在LCD(12864或1602)上

要求：频谱显示如同千千静听播放音乐时的频谱显示

希望各位高手能给出详细的解决方案，感激。。。。。。
51做FFT有些困难，可以使用增强型（RAM）的51机子进行

参考程序：

#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define channel 0x01 //设置AD通道为 P1.1
//---------------------------------------------------------------------

sbit SDA_R=P1^2;
sbit SDA_R_TOP=P1^3;
sbit SDA_G=P1^4;
sbit SDA_G_TOP=P1^5;
sbit STCP=P1^6;
sbit SHCP=P1^7;
//---------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
//放大128倍后的sin整数表（128）
code char SIN_TAB[128] = { 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 59, 65, 70, 75, 80, 85, 89, 94, 98, 102,

105, 108, 112, 114, 117, 119, 121, 123, 124, 125, 126, 126, 126, 126, 126, 125, 124, 123, 121, 119, 117, 114, 112,

108, 105, 102, 98, 94, 89, 85, 80, 75, 70, 65, 59, 54, 48, 42, 36, 30, 24, 18, 12, 6, 0, -6, -12, -18, -24, -30,

-36, -42, -48, -54, -59, -65, -70, -75, -80, -85, -89, -94, -98, -102, -105, -108, -112, -114, -117, -119, -121,

-123, -124, -125, -126, -126, -126, -126, -126, -125, -124, -123, -121, -119, -117, -114, -112, -108, -105, -102,

-98, -94, -89, -85, -80, -75, -70, -65, -59, -54, -48, -42, -36, -30, -24, -18, -12, -6 };

//放大128倍后的cos整数表（128）
code char COS_TAB[128] = { 127, 126, 126, 125, 124, 123, 121, 119, 117, 114, 112, 108, 105, 102, 98, 94,

89, 85, 80, 75, 70, 65, 59, 54, 48, 42, 36, 30, 24, 18, 12, 6, 0, -6, -12, -18, -24, -30, -36, -42, -48, -54, -59,

-65, -70, -75, -80, -85, -89, -94, -98, -102, -105, -108, -112, -114, -117, -119, -121, -123, -124, -125, -126, -

126, -126, -126, -126, -125, -124, -123, -121, -119, -117, -114, -112, -108, -105, -102, -98, -94, -89, -85, -80,

-75, -70, -65, -59, -54, -48, -42, -36, -30, -24, -18, -12, -6, 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 59, 65, 70,

75, 80, 85, 89, 94, 98, 102, 105, 108, 112, 114, 117, 119, 121, 123, 124, 125, 126, 126 };

//采样存储序列表
code char LIST_TAB[128] = { 0, 64, 32, 96, 16, 80, 48, 112,
8, 72, 40, 104, 24, 88, 56, 120,
4, 68, 36, 100, 20, 84, 52, 116,
12, 76, 44, 108, 28, 92, 60, 124,
2, 66, 34, 98, 18, 82, 50, 114,
10, 74, 42, 106, 26, 90, 58, 122,
6, 70, 38, 102, 22, 86, 54, 118,
14, 78, 46, 110, 30, 94, 62, 126,
1, 65, 33, 97, 17, 81, 49, 113,
9, 73, 41, 105, 25, 89, 57, 121,
5, 69, 37, 101, 21, 85, 53, 117,
13, 77, 45, 109, 29, 93, 61, 125,
3, 67, 35, 99, 19, 83, 51, 115,
11, 75, 43, 107, 27, 91, 59, 123,
7, 71, 39, 103, 23, 87, 55, 119,
15, 79, 47, 111, 31, 95, 63, 127
};

uchar COUNT=0,COUNT1=0,ADC_Count=0,LINE=15,G,T;
uchar i,j,k,b,p;
int Temp_Real,Temp_Imag,temp;                // 中间临时变量
uint TEMP1;
int xdata Fft_Real[128];
int xdata Fft_Image[128];               // fft的虚部
uchar xdata LED_TAB2[64];    //记录漂浮物是否需要停顿一下
uchar xdata LED_TAB[64];    //记录红色柱状
uchar xdata LED_TAB1[64];    //记录漂浮点

void Delay(uint a)
{
while(a--);
}

void FFT()
{    //uchar X;
    for( i=1; i<=7; i++)                            /* for(1) */
    {
        b=1;
        b <<=(i-1);                                       //碟式运算，用于计算隔多少行计算例如第一极 1和2行计算，，第二级
        for( j=0; j<=b-1; j++)                              /* for (2) */
        {
            p=1;
            p <<= (7-i);
            p = p*j;
            for( k=j; k<128; k=k+2*b)                /* for (3) 基二fft */
            {
                Temp_Real = Fft_Real[k]; Temp_Imag = Fft_Image[k]; temp = Fft_Real[k+b];
                Fft_Real[k] = Fft_Real[k] + ((Fft_Real[k+b]*COS_TAB[p])>>7) + ((Fft_Image[k+b]*SIN_TAB[p])>>7);
                Fft_Image[k] = Fft_Image[k] - ((Fft_Real[k+b]*SIN_TAB[p])>>7) + ((Fft_Image[k+b]*COS_TAB[p])>>7);
                Fft_Real[k+b] = Temp_Real - ((Fft_Real[k+b]*COS_TAB[p])>>7) - ((Fft_Image[k+b]*SIN_TAB[p])>>7);
                Fft_Image[k+b] = Temp_Imag + ((temp*SIN_TAB[p])>>7) - ((Fft_Image[k+b]*COS_TAB[p])>>7);
                // 移位.防止溢出. 结果已经是本值的 1/64
              Fft_Real[k] >>= 1;
                Fft_Image[k] >>= 1;
               Fft_Real[k+b] >>= 1;
                Fft_Image[k+b] >>= 1;

            }
        }
    }
// X=((((Fft_Real[1]* Fft_Real[1]))+((Fft_Image[1]*Fft_Image[1])))>>7);
Fft_Real[0]=Fft_Image[0]=0;    //去掉直流分量
// Fft_Real[63]=Fft_Image[63]=0;
for(j=0;j<64;j++)
{
TEMP1=((((Fft_Real[j]* Fft_Real[j]))+((Fft_Image[j]*Fft_Image[j])))>>1);//求功率
if(TEMP1>1)TEMP1--;
else TEMP1=0;
if(TEMP1>31)TEMP1=31;
if(TEMP1>(LED_TAB[j]))LED_TAB[j]=TEMP1;
if(TEMP1>(LED_TAB1[j]))
{   LED_TAB1[j]=TEMP1;
   LED_TAB2[j]=18;      //提顿速度=12
}
}
}[page]

void Init()
{

//-----------------------------------------------------------------------------------
     P1ASF = 0x02;                 //0000,0010, 将 P1.1 置成模拟口
     AUXR1 &=0xFB;                 //1111,1011, 令 ADRJ=0
EADC=1;        //AD中断打开
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH | ADC_START | channel;
       //1110 1001   1打开 A/D （ADC_POWER）转换电源；11速度为70周期一次；
          //0中断标志清零；1启动adc(ADC_START);001AD通道打开（这里为P1.1）;
//-----------------------------------------------------------------------------------
P2M0=1;
P0M0=1;
     TMOD=0X12;
TH0=0x30;      //大约20K的采样率（要完整频段需40K以上。但音频中10k以下居多，故本人选择20K采样，美观些）
TL0=0x30;
TH1=0xEE;
TL1=0XC0;
ET0=1;            //定时器0 打开
TR0=0;            //关闭定时器
ET1=1;
TR1=1;
PT1=0;
PT0=1;
     IPH=PADCH;
IP=PADC;        //中断优先级
EA=1;       //总中断打开
}

void ADC_Finish() interrupt 5
{    ADC_CONTR &= !ADC_FLAG;
     Fft_Real[LIST_TAB[ADC_Count]]=(int)((ADC_RES)<<1)+(ADC_RESL>>1)-256;//-512; //按LIST_TAB表里的顺序，进行存储采样值,,
// ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH| ADC_START | channel; // 为了采集负电压，采用偏置采集。电压提高到1/2 vcc，，所以要减去256
   if(ADC_Count<=127)ADC_Count++;
   else {EADC=0;TR0=0;}
}

void LED_Display() interrupt 3      //中断一次显示一行。。。
{
TH1=0xF3;
TL1=0X00;
for (G=0;G<64;G++)        //往点阵屏填充一行的数据
{
   if(LED_TAB[G]<=LINE+16)SDA_R_TOP=1;
   else SDA_R_TOP=0;
     if(LED_TAB[G]<=LINE)SDA_R=1;
   else SDA_R=0;

   if(LED_TAB1[G]==LINE){SDA_G_TOP=1;SDA_G=0;}
   else if(LED_TAB1[G]==(LINE+16)){SDA_G_TOP=0;SDA_G=1;}
   else SDA_G=SDA_G_TOP=1;
   SHCP=1;SHCP=0;
}
STCP=1;STCP=0;
P2=15-LINE;
if(LINE>0)LINE--;
else LINE=15;
//////////////////////////

   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;     //柱状递减，
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
    if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;     //柱状递减，
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
   if(LED_TAB[COUNT]>0)LED_TAB[COUNT]--;
   COUNT++;
   if(COUNT>=64)COUNT=0;

                  //漂浮物递减
   if(LED_TAB2[COUNT1]==0)     //判断是否需要停顿
   {
     if(LED_TAB1[COUNT1]>LED_TAB[COUNT1])LED_TAB1[COUNT1]--;//大于柱状则递减（保持漂浮物在柱状之上）
   }
   else LED_TAB2[COUNT1]--;
   COUNT1++;
   if(LED_TAB2[COUNT1]==0)
   {
     if(LED_TAB1[COUNT1]>LED_TAB[COUNT1])LED_TAB1[COUNT1]--;
   }
   else LED_TAB2[COUNT1]--;
   COUNT1++;
   if(LED_TAB2[COUNT1]==0)     //判断是否需要停顿
   {
     if(LED_TAB1[COUNT1]>LED_TAB[COUNT1])LED_TAB1[COUNT1]--;//大于柱状则递减（保持漂浮物在柱状之上）
   }
   else LED_TAB2[COUNT1]--;
   COUNT1++;
   if(LED_TAB2[COUNT1]==0)
   {
     if(LED_TAB1[COUNT1]>LED_TAB[COUNT1])LED_TAB1[COUNT1]--;
   }
   else LED_TAB2[COUNT1]--;
   COUNT1++;
   if(COUNT1>=64)COUNT1=0;
}

void Ad_Control() interrupt 1 //控制采样率
{
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH| ADC_START | channel; //开始AD采集
}
//==============================================================================================================
// ******************* main() *********************************
//===============================================================================================================

void main()
{
Init();
while(1)
{
ADC_Count=0;
TR0=1;
EADC=1;            //开启定时器中断0，，开启ADC
while(ADC_Count<128);
FFT();
//FFT运算。并转换为功率值。。。
// TR1=1;
}
}

关键字：51单片机音频信号频谱显示引用地址：用51单片机实现音频信号的频谱显示

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