STM32音乐频谱分析要点
关于STM32在程序中间修改PWM值的总结（原创）
关于 STM32在程序中间修改 PWM值的总结（原创）
首先在STM32库函数里有这样一个函数 void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
若TIM3_PWM_Init(7200,100)//设置频谱7200.分频100
若想要在程序进程中修改频率需要函数TIM_SetAutoreload(TIM3,arr); 这个函数就是手动更改 TIMx->ARR 的意思 使能预装载ARPE 可以保证ARR在 更新事件到来时（或者你说的周期结束） 被 送到影子寄存器 如果不使能ARPE, 写入的ARR值立即生效；
所以最终在程序进程中修改我们的pwm需要通过 TIM_SetCompare2(TIM3,pwmval); TIM_SetAutoreload(TIM3,arr); 两个函数实现。
我们初始化定时器得到得频率为PWM频率=72000000/7200=10000hz 10000/100=100hz; TIM_SetCompare2(TIM3,pwmval);函数调节占空比； 占空比为arr/pwmval；
占空比在3,pwmval);
频谱分析原理与实现方法
未来随着技术的不断发展，我们将有更多高效的算法和工具用于频谱分析，以 更好地服务于科学研究和实际应用。
谢谢观看
F(ω) = ∫f(t)e^(-iωt) dt
其中，F(ω)是信号的频谱，f(t)是信号的时域表示，ω是角频率，i是虚数 单位。
3、快速傅里叶变换
快速傅里叶变换（FFT）是一种高效计算傅里叶变换的算法。与直接计算傅里 叶变换相比，FFT算法能够大大减少计算时间和内存占用。FFT算法基于对称 性和周期性将信号分解成多个子信号，然后对每个子信号进行傅里叶变换。在 实际应用中，我们通常使用FFT算法来进行频谱分析。
MATLAB的优势在于其强大的矩阵计算能力和图形界面，使得频谱分析和可视 化变得简单直观。然而，MATLAB的缺点是运算速度相对较慢，对于大规模数 据集的处理有一定限制。
Python的SciPy库在处理大规模数据集时具有优势，它的并行计算功能可以大 大提高运算速度。此外，SciPy库还提供了许多高级的信号处理函数和算法， 使用户能够更加灵活地进行频谱分析。但是，Python相对于MATLAB来说，其 图形界面和易用性稍逊一筹。
(3)噪声信号：噪声信号的频谱分析有助于我们了解噪声的来源和特性。例如， 通过分析环境噪声的频谱分布，我们可以评估噪声对人类生活和健康的影响。
对比分析不同工具箱的优缺点， 总结实践经验。
在频谱分析实践中，除了MATLAB之外，还有其他工具箱或软件可以用于频谱 分析，如Python的SciPy库、R语言的signal包等。这些工具箱或软件都提供 了傅里叶变换和FFT算法的实现，但各具特点。
R语言的signal包功能全面，提供了丰富的信号处理函数和分析工具。然而， R语言在处理大规模数据集时的速度不如Python和MATLAB，且其图形界面不如 MATLAB直观。
使用STM32测量频率和占空比的几种方法
（纯干货）使用STM32测量频率和占空比的几种方法
使用平台：官方STM32F429DISCOVERY开发板，180MHz的主频，定时器频率90MHz。
相关题目：
（1）测量脉冲信号频率f_O，频率范围为10Hz～2MHz，测量误差的绝对值不大于0.1%。
（15分）
（2）测量脉冲信号占空比D，测量范围为10％～90％，测量误差的绝对值不大于2%。
（15分）
思路一：外部中断
思路：这种方法是很容易想到的，而且对几乎所有MCU都适用（连51都可以）。
方法也很简单，声明一个计数变量TIM_cnt，每次一个上升沿/下降沿就进入一次中断，对TIM_cnt++，然后定时统计即可。
如果需要占空比，那么就另外用一个定时器统计上升沿、下降沿之间的时间即可。
缺点：缺陷显而易见，当频率提高，将会频繁进入中断，占用大量时间。
而当频率超过100kHz时，中断程序时间甚至将超过脉冲周期，产生巨大误差。
同时更重要的是，想要测量的占空比由于受到中断程序影响，误差将越来越大。
总结:我们当时第一时间就把这个方案PASS了，没有相关代码（这个代码也很简单）。
不过，该方法在频率较低（10K以下）时，可以拿来测量频率。
在频率更低的情况下，可以拿来测占空比。
思路二：PWM输入模式
思路：翻遍ST的参考手册，在定时器当中有这样一种模式：
简而言之，理论上，通过这种模式，可以用硬件直接测量出频率和占空比。
当时我们发现这一模式时欢欣鼓舞，以为可以一步解决这一问题。
一种基于STM32F103C8T6单片机DSP库的音乐频谱
2020年软 件2020, V ol. 41, No. 4一种基于STM32F103C8T6单片机DSP 库的音乐频谱谢志平（广东省技师学院，广东 惠州 516100）摘 要: 利用STM32单片机内部的DSP 库功能，将外部输入的音乐信号放大后再送入单片机内部的A/D 转换器，运用STM32内部DSP 库功能进行FFT 运算，采用中断扫描技术，将音乐信号的频谱在32X64全彩点阵屏进行显示，能对音乐信号的频谱进行简单的分析，实现多种随音乐节奏舞动的视觉效果。
关键词: 单片机；DSP 库；FFT ；中断扫描技术中图分类号: TP3 文献标识码: A DOI ：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.04.042本文著录格式：谢志平. 一种基于STM32F103C8T6单片机DSP 库的音乐频谱[J]. 软件，2020，41（04）：200 202+228A Music Spectrum Based on DSP Library of STM32F103C8T6 MicrocontrollerXIE Zhi-ping(Guangdong technician college, huizhou 516100, China )【Abstract 】: Use of STM32 MCU internal DSP library function, the music of external input signal amplification and then sent into single chip microcomputer internal A/D converter, use STM32 internal DSP library functions for FFT arithmetic, using interrupt scanning technology, the music signal spectrum in 32 x64 lattice screen for display, full-color to simple music signal spectrum analysis, realize the visual effect of A variety of dance with the music rhythm.【Key words 】: Single chip microcomputer; DSP library; FFT; Interrupt scanning technique0 引言任何周期函数，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。
基于STM32的音频信号分析设计与实现
基于STM32的音频信号分析设计与实现作者：梁方舟李金泉黄训磊王玉花来源：《现代电子技术》2014年第01期摘要：基于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、CPU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。
关键词：音频信号； FFT； STM32；基⁃4时间抽取中图分类号： TN911.7⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）01⁃0019⁃03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（FFT）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。
1 系统设计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（峰⁃峰值）为0.01 mV～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⁃峰值为500 mV，再设定ADC的输入动态范围为20lg（10 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。
STM32官方DSP的FFT库使用
STM32官方DSP的FFT库使用STMicroelectronics提供了用于STM32系列微控制器的官方DSP库，其中包括了快速傅里叶变换（FFT）的实现。
FFT是一种将时域信号转换为频域信号的算法，常用于音频处理、图像处理、通信系统等领域。
使用STM32官方DSP库中的FFT功能，需要以下几个步骤：2. 配置工程：在工程的编译选项中，确保已启用浮点运算支持。
这可以通过设置编译器选项“-u _printf_float”来实现。
3.初始化FFT配置：在使用FFT之前，需要初始化FFT的配置，包括长度、窗函数、比例缩放系数等。
例如，对于一个长度为N的FFT，可以使用arm_cfft_radix4_init_f32函数来初始化：```arm_cfft_radix4_instance_f32 S;arm_cfft_radix4_init_f32(&S, N, 0, 1);```4.执行FFT变换：在进行FFT变换之前，需要准备好输入缓冲区，并确保输出缓冲区具有足够的大小来存储FFT的结果。
例如，如果要对一个长度为N的实数序列进行FFT变换，可以使用arm_cfft_radix4_f32函数：```float32_t input[N];float32_t output[N*2];//将输入数据复制到输入缓冲区arm_cfft_radix4_f32(&S, input);//处理输出数据```注意，为了存储FFT结果中的实部和虚部，输出缓冲区的大小应为FFT长度的两倍（N*2）。
5.访问FFT结果：FFT变换的结果保存在输出缓冲区中。
对于每个频率分量，实部和虚部分别存储在相邻的位置上。
例如，要获取第n个频率分量的实部和虚部，可以使用以下代码：```float32_t re = output[2*n];float32_t im = output[2*n+1];```以上是使用STM32官方DSP库进行FFT的基本步骤。
单片机实现音乐频谱
图二 MCU 部分的原理图
） （ 灯 吸呼 键摸触
色 ： ：： 颜
图三 点阵驱动电路图 (三) 编程思路
1) 在主函数中，单片机通过 AD 对音频数据采样，然后存放到数据缓存区进行预处理，完成 AD 滤波 处理，自动增益控制信息扫描以及其他信息处理。接着，将缓存区数据送入 快速傅立叶变换（FFT） 处理子函数进行运算。处理完后，从缓存区取出运算结果，根据得到幅值计算出点阵的显示数据， 并存储到显示缓存区。
a) 采用 USB 接口供电，并且对 USB 接口进行了扩展。在没有额外占用电脑主机 USB 接口情况下， 随时随地给系统供电；
b) 加入了触摸键设计，以及震动反馈。当触摸键响应时有震动反馈，及声光提示，如今很多触屏手 机也有这种时尚设计;
c) 加入 ThinkPad 笔记本上的经典呼吸灯指示设计。如夏日里的萤火虫，一闪一闪亮晶晶，不仅有趣 还能指示系统工作状态；
好的声音效果，其各段频率成分应该有一定的比例，录音的时候，录音师操作调音台就可以使各 段频率的成分得到调整。由于各种乐器的基频高低是不同的，所以，也可以使各种乐器之间的声音比 例得到调整，常见的是把频率由低至高分成 5 段或 7 段、10 段或 15 段，有经验的录音师或音乐家能听 出哪里（哪个频率段）“空”了，即这个频段弱。哪里“鼓了个包”，即这个频段过强。通过均衡器可 以把这些予以弥补。又因为每个人对音乐中频率分布的欣赏标准是不同的，因此，各位录音师掌握的 尺度也不同，显示出各自的风格。
小贴士（1）： 根据 STC12A32S2 单片机的资源情况，最多只有 1280B RAM，我们取 64 点的 FFT 就可以满足要求，还
基于STM32的多功能音乐播放器设计
• 123•基于STM32的多功能音乐播放器设计绵阳职业技术学院 罗金生 王荣海 李 岷 刘 成以音乐播放器为研究对象，提出一种基于STM32的音乐播放器的硬件和软件的设计方法，系统以STM32F103ZET6为控制核心，音频解码芯片VS1053B实现音频数据解码，挂载FATFS文件系统实现对SD卡中的音频文件进行读取，利用FFT快速傅里叶变换将音频信号转为频谱，加入了一个小型GUI显示界面配合OLED显示屏，实时的将界面、播放状态以及频谱生动的展示出来，此外还加入了蓝牙音频功能，通过手机蓝牙即可连接播放器播放音乐。
实验表明，该音乐播放器连接耳机能流畅播放多种格式的音乐文件，具有多功能、高性能、低功耗、操作方便、稳定可靠等特点。
引言：音乐可能是人类史上最古老、最具普遍性以及感染力的艺术形式之一。
音乐能提高人的审美能力，净化人们的心灵，树立崇高的理想。
不论时代怎么发展，人们的生活娱乐都离不开音乐。
因此，设计一款简单实用，多功能化的音乐播放器完全可以符合人们的爱好及需求。
本文介绍一种基于STM32F103处理器的SDIO接口模块及外围音频解码芯片实现一个SD卡的音乐播放器，它读取存储在SD卡里的音频格式文件，并通过立体声音解码芯片输出，能进行频谱显示，还可以通过手机蓝牙与其连接播放音乐等功能。
1.系统硬件电路设计基于STM32F103VET6微控制器所设计的MP3播放器，主要包括：存储模块、蓝牙音频模块、音频解码模块、显示模块。
系统方案设计的系统框图如图1所示。
主控制器芯片，利用其SDIO接口不断读取SD卡音频文件送入缓存区；使用了三组SPI接口，第一组SPI接口将读取的音频数据流送至音频解码芯片VS1053进行解码，第二组SPI接口连接了字库存储芯片，用于显示歌曲名等，第三组SPI接口连接OLED显示屏幕实现人机交互以及显示歌曲信息和频谱等；使用了一个定时器、一个DMA以及一个ADC通道实时快速采集音频输出，并利用FFT将其从时域转换为频域；使用通用IO控制蓝牙以及音频切换芯片和键盘。
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STM32 音乐频谱分析2011-12-11 03:06:03| 分类：制作类| 标签：|举报|字号大中小订阅呵呵，在昨天的基础上，进行了改进。
采样频率为12.3Khz，256点FFT。
视频：其实这玩意不难做，音频信号采集，我的方法是将电脑出来的信号用TDA2822放大，然后给单片机AD口，剩下就是软件上的了。
说起TDA2822，还是挺不错的一款功率放大芯片，本只想用来做信号放大用的，但baidu了下它和看它的数据手册，都多用来做小功率功放。
呵呵，那就也做一个吧。
TDA2822的典型应用电路如下：这电路很普通，没什么特别，参数也不用调整，直接搭出来，就正常的工作。
接下来就是将放大后的信号给单片机，这里问题就来了，电路中C4，C5是干什么，给单片机的话要不要加？于是开始baidu，google，但没找到合适解答，于是翻了翻模电书，里面还真讲到功率放大器，，TDA2822是OTL功放，输出电容起耦合作用，因为OTL功放在在静态时输出端都会有Vcc/2伏的输出，这样会搞坏喇叭，所以需要加个电容，隔离。
单片机处理的话就不用输出电容了。
如果用示波器一看，结果就很明显，如下图，下面的信号是加了电容，上面是没加。
做好电路后理所当然的准备将功放输出端接到单片机上，但突然一想，不对啊，功放我给11.1V供电，那输出不就有5V左右电压？而STM32是3.3V！不烧了才怪！幸好TDA2822工作电压范围在1.8~12V间，所以就给它3.3V行了。
这样一来基本就没问题了。
第二个的输出电容还是保留，作个对比。
好了，接下来就是程序了。
首先就得确定采样率，就是间隔多久采一个点。
刚开始不是很懂，用的40kHz，也成，但要是做音频频谱分析没必要那么高了。
这里有些资料：音频的频率范围及表现力度音频的频率范围、音质的评价标准一般认为20Hz－20kHz是人耳听觉频带，称为“声频”。
这个频段的声音称为“可闻声”，高于20kHz的称为“超声”，低于20Hz的称为“次声“。
所谓声音的质量，是指经传输、处理后音频信号的保真度。
目前，业界公认的声音质量标准分为4级，即：数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10Hz~20kHz；调频广播FM质量，其信号带宽为20Hz~15kHz；调幅广播AM质量，其信号带宽为50Hz~7kHz；电话的话音质量，其信号带宽为200Hz~3400Hz。
可见，数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音质量最低。
除了频率范围外，人们往往还用其它方法和指标来进一步描述不同用途的音质标准。
音频频率范围一般可以分为四个频段，即：低频段（30—150HZ）；中低频段（30—150HZ）；中低频（150—500HZ）；中高频段（500—5000HZ）；高频段（5000—20kHZ）。
30—150HZ频段：能够表现音乐的低频成分，使欣赏者感受到强劲有力的动感。
150—500HZ频段：能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力，是低频中表达力度的部分。
500—5000HZ频段：主要表达演唱者或语言的清淅度及弦乐的表现力。
5000—20kHZ频段：主要表达音乐的明亮度，但过多会使声音发破。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 所以我选则12kHz左右的采样率。
下面的DSP_Lib文件夹就是ST公司提供的DSP库。
FFT，PID等都是用汇编写的。
将ST提供的FFT表加载到内存中，速度是快一些，1024点只需1.7ms左右，我觉得效率算是蛮高了。
接下来就是代码了：#include <stm32f10x_lib.h>#include <math.h>#include "stm32_dsp.h"#include "table_fft.h"#include "sys.h"#include "usart.h"#include "delay.h"#include "timer.h"#include "LED.h"#include "ADC.h"#include "3264LED.h"#define NPT 256 // FFT point#define FAST 1 //指示条下落速度#define SLOW 50 //绿点下落速度#define STOP 35 //绿点停顿速度u16 TableFFT[];u16 AD_Count=0;u16 time,time2;void powerMag(void); //计算幅值u32 Data_IN[NPT]; /* Complex input vector */u32 Data_OUT[NPT]; /* Complex output vector */u32 lBUFMAG[NPT/2]; /* 保存幅值*/u16 Result[64]; //最终结果u8 Pos[64]={0}; //绿点位置u8 Dot[64]={0}; //记录每点停顿时间u32 TMP;int main(void){u16 i,k;s16 tmp;Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置72Mhzdelay_init(72); //延时初始化Timer3_Init(5,7199); //0.6ms中断一次 LED显示Timer4_Init(7,760); //约74us中断一次， AD采集LED_Init();LEDs_Init(); //点阵初始化Adc_Init();time=time2=0;AD_Count=0;while(1){cr4_fft_256_stm32(Data_OUT, Data_IN, NPT); //做256点fft运算powerMag(); //算幅值for(i=1;i<65;i++) //点平移,去除静态波动{tmp=lBUFMAG[i]/2-5; //显示幅值为实际幅值的一半并减去5，这样效果较好if(tmp<0)tmp=0;else if(tmp>31)tmp=31;if(tmp>=Result[i-1]){Result[i-1]=tmp; //得到每列上绿点的高度if(Result[i-1]>=Pos[i-1]){Dot[i-1]=0;Pos[i-1]=Result[i-1];} //更新绿点高度}for(i=0;i<64;i++){for(k=0;k<32;k++) //画红点{if(k<Result[i]) Draw_Point(i,k,RED,2);else Draw_Point(i,k,0,0);}Draw_Point(i,Pos[i],GREEN,2); //画绿点if(time2>FAST&&Result[i]>=1) Result[i]--;if(Dot[i]>=STOP) //停顿判断{ if(time>SLOW&&Pos[i]>=1) Pos[i]--; }Dot[i]++;if(Dot[i]>=250)Dot[i]=250;}if(time>SLOW) time=0;if(time2>FAST) time2=0;else time2++;}}/********************************************************************************************************** * Calculate powermag* 计算各次谐波幅值* 先将lBUFOUT分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)********************************************************************************************************* */void powerMag(void){s32 lX,lY;u32 i;float X,Y,Mag;for(i=0;i<65;i++) //只显示64个点，所以计算得到前面65个点的幅值就行了。
{lX = (Data_OUT[i] << 16) >> 16;lY = (Data_OUT[i] >> 16);X = ((float)lX) /64;Y = ((float)lY) /64;Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT;lBUFMAG[i] = (u32)(Mag * 65536);}}void TIM4_IRQHandler(void) //定时器4中断服务程序约74us中断一次{ADC1->SQR3&=0XFFFFFFE0; //规则序列1ADC1->SQR3|=2; //通道2采集ADC1->CR2|=1<<22; //启动规则转换通道TMP=ADC1->DR;Data_IN[AD_Count]=TMP<<16;AD_Count++;if(AD_Count>255) AD_Count=0;TIM4->SR&=~(1<<0); //清除中断标志位}void TIM3_IRQHandler(void) //定时器3中断服务程序{u16 i;if(TIM3->SR&0X0001) //溢出中断{oe=0; //关显示for(i=0;i<64;i++) //移出缓存区的上半屏一行数据wr_595(SBF[Line][i]);for(i=0;i<64;i++) //移出缓存区的下半屏一行数据wr_595(SBF[Line+16][i]);out_595(); //锁存数据GPIOC->ODR&=0x00FF;GPIOC->ODR|=(15-Line)<<10;oe=1; //开显示Line++;if(Line>15) Line=0;time++;}TIM3->SR&=~(1<<0); //清除中断标志位}OK，程序也不复杂，这样一来就可以实现音乐频谱分析了，呵呵。