STC12LE5A60S2单片机实现音频信号FFT分析与128点FFT优化

本篇文章主要介绍了“参考文献-启明星辰的天清IPS配置手册”中关于音频信号分析仪（项目9）的构建与实现，涉及到了数字信号处理中的关键概念——傅里叶变换（FFT）。项目背景是音频信号分析在医学、通信、语音和图像等领域的重要性，它对于音频处理的基础性工作至关重要。 项目采用增强型STC12LE5A60S2单片机作为主控制器，通过其内置的10位8通道ADC进行音频信号的实时采样，将连续信号转化为离散信号，然后利用FFT进行快速频谱分析。目标是分析音频信号在20Hz至10KHz（基本要求）或20Hz至20KHz（扩展要求）的频率范围内的各个频率分量和功率指标。 关键的设计参数包括FFT点数，它决定了频谱的分辨率。考虑到单片机的程序存储空间有限（60K字节），而数据存储空间相对较小（1280字节），浮点运算对RAM和速度有较高需求。由于FFT的计算复杂度和内存消耗随点数增加而增长，实际选取的FFT点数被限制在128以内，以避免RAM空间过于紧张。尽管如此，N=64也被认为是一个合理的起点，留出足够的空间处理其他功能，如液晶显示和辅助计算。 采样率与奈奎斯特定理紧密相关，项目要求的最低采样率为信号最高频率的两倍，即至少20kHz，以确保不失真。在这个过程中，设计者需要权衡分辨率和硬件资源，以满足项目的实际需求。 此外，文章还提及了两个扩展要求：一是利用Rife算法进行频率校正，提高测量精度；二是实现实时动态频谱图在液晶屏上的显示，以便于用户直观理解信号变化；三是信号频率范围的进一步扩展，这可能需要优化算法或者升级硬件来适应。 这个音频信号分析仪项目不仅涵盖了基本的傅里叶变换原理和嵌入式系统中的信号处理实践，还涉及到硬件选型、算法优化和资源管理等多个方面，展示了在实际工程中如何运用数字信号处理技术来解决实际问题。