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STM32的音频信号分析

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Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:45 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
基于STM32的音频信号分析设计与实现
ARM Cortex-M3内核的32位处理器STM32F103和快速傅里叶变换((FFT)算法实现了音频信号频谱的分
析。整个系统由前级信号调理、A/D采样电路, CPLJ运算电路和LCD显示电路等组成。实验表明,系统能够检测20 Hz} 10 kHz
范围内的频率成份并显示音频信号频谱,该方案成本低,具有一定的应用价值。


沙发
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:52 | 只看该作者
    音频信号分析应用于音频制作、信号分析等领域,
如音频设备的研发与生产、低频信号的综合分析等。本
设计利用频谱分析原理来分析被测音频信号的频率、频
谱,传统的频谱分析方法有扫频法、数字滤波法。采用
STM32实现快速傅里叶变换(CFFT)设计方案,通过FFT
把被测的音频信号由时域信号转换为频域信号,将其分
解成分立的频率分量。

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板凳
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:53 | 只看该作者
    音频信号通过前级信号处理电路放大和滤波及模
数转换,经STM32进行FFT运算后获得信号的频谱,单
片机控制A/D转换器实时采集信号,频谱在液晶屏扫描
显示。单片机采用ST公司的低功耗STM32F103ZET6
32位单片机,其内部含有3个12位16通道A/D转换模
块和2个12位D/A转换模块。系统框图如图1所示。
1.1信号调理与采集
    设计思想:为满足输入信号较大的动态范围,必须
在信号进行A/D转换前进行合理的处理,使其在A/D
量化范围内达到量化精度最高,该方法相当于AD位数
的增加。本设计要求输入信号幅度范围(ll条一峰值)为
0.01 II1V^-10 V,即100 dB的输入信号动态范围。设定
ADC芯片的最小输入信号峰一峰值为500 mV,再设定ADC
的输入动态范围为2018 C10 V/500 mV),即26 dB,故需要
5路放大电路,每一路放大倍数固定,分别为62 400
8 000}400}20}1倍。由于设计小信号放大的增益较大,
放大器的选择尤为关键,根据影响放大器输出的主要参
数:运放的增益带宽积、噪声电压密度、噪声电流密度、
失调电流和失调电压等,选择TI公司生产的运放
OPA637,该运放增益带宽积约800 MHz,输入换算电压
噪声密度为4.5 nV/  Hz,输入偏置电流2 pA,输入失调
电压130 },V。具体电路如图2所示。

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地板
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:56 | 只看该作者
发不了图片了 比较尴尬!

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5
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:56 | 只看该作者
    抗混叠滤波器设计:信号送到ADC之前要对信号
进行抗混叠低通滤波器处理,防止高频分量信号被采
样,产生频谱混叠,而影响给定较低频率信号的幅值分
析。为此设计了一个截止频率为15 kHz的四阶巴特沃
斯低通滤波器作为抗混叠滤波器。

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6
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:57 | 只看该作者
    基一4时间抽取(Radix-4 Decimation In Time DIT4)
的FFT算法思想是将长序列逐次分解为4个短序列,最
后由短序列的DFT逐次合成长序列的DFT。基一4时间
抽取相比于基一2时间抽取,复数乘法的运算量减少,随
之而来运算速度加快,因此这里采用基一4时间抽取。基
-4时间抽取FFT是将时域序列x}k}以前后两部分按奇
偶顺序逐级抽取重新排列形成4个短序列,由此4个短
序列的DFT合成的频域序列X [k]按自然顺序排列,故
称为基一4时间抽取FFT。设序列x}k}的长度为N=4w}
M为正整数。则基一4时间抽取FFT计算公式为:
X Lm} = X i Lm}+}N X 2L712]+}Nm X 3L}12]+衅XaLm}
X yn+ 41=X}Lm]一J二XZL7n]一}Nm X 3 L}12] + J }Nm X 4 L}12]
Xyn+24}=XiLm]一}N X 2L712]+}am X sL}n]一}}'X}L}nI
X)一剖=XiLm}+j二XZLm]一}am X 3L}n]一J }amXaLm}
式中:m=0,1,2,}}},N/4一1i XIL}nI>X2L}nl>X3L}nl和XaLm}分

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7
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:57 | 只看该作者
不能 上传 caj 与 图片 下来继续共享 研究吧!

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8
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-14 13:58 | 只看该作者
最近在做 stm32 声音频谱方面的案例。。。

希望和大家一起探讨!

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9
wangjiahao88| | 2018-11-14 14:00 | 只看该作者
能锁定 频率吗?
这个 可以不可以呢?

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10
huangcunxiake| | 2018-11-14 15:15 | 只看该作者
103不行吧,需要内置DSP的才好啊。

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11
jiekou001| | 2018-11-15 10:51 | 只看该作者
如果有内置的DSP那种单片机效果更好,好像F7有的。

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12
paotangsan| | 2018-11-15 13:51 | 只看该作者
现在这个能分辨出那些不同的声音呢

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13
Diyer2015|  楼主 | 2018-11-19 10:09 | 只看该作者
paotangsan 发表于 2018-11-15 13:51
现在这个能分辨出那些不同的声音呢

这个 不是分辨声音 而是分辨声音的频率。

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14
paotangsan| | 2018-11-21 13:11 | 只看该作者
Diyer2015 发表于 2018-11-19 10:09
这个 不是分辨声音 而是分辨声音的频率。

哦哦哦 知道 了 谢谢啊

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15
木木guainv| | 2018-11-21 15:54 | 只看该作者
干货啊 支持一个

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