河南科技大学毕业设计（论文）
§3.3.1 LM324电压增益与偏移电路
本系统的信号输入来自数字音频播放器如PC机的声卡、MP3，或有源麦克风等有源设备，单声道输入。输入信号为均值为0，幅值为0.3V~1.5V的交流信号，由R?Chl输入。而进入单片机ADC模块的电压Vout要求0~Vcc，Vcc为USB供电的+5V。因此必须进行电压调理。整个系统采用单电源供电，所以无法对交流信号直接放大，必须先偏移再放大。该过程可由一个运算放大器来完成。运放选用LM324N，连线图如下：
图3-4 电压增益与偏移电路
这是一个同向加法电路，由模拟电路相关知识易得：
Vout?(1?V1VR7)(?2)((R2?R3)//R4//R5) R6R2?R3R4其中V1为R?Chl的输入信号，电压范围为?0.3V?1.5V，V2为偏移电压，由稳压二极管产生，其作用是使均值为0的交流音频信号偏移使全为正值。电阻
R2~R7的值的计算过程略，这里只对图中的数值进行验证。
当R?Chl输入电压为?0.3V时，应将放大倍数取最大，可变电阻R2取0，得：
Vout?(1?R7V1V2)(?)(R3//R4//R5)?0.8V R6R3R4当R?Chl的输入电压为?1.5V时，应将放大倍数取最小， 可变电阻R2取
10K?，得：
Vout?(1?V1VR7)(?2)((R2?R3)//R4//R5)?1.4V R6R2?R3R4可见电阻如图取值，当音频信号较大和较小时，都可以通过调节可变电阻R2来使采样达到较好的效果。
9
河南科技大学毕业设计（论文）
为使稳压管正常工作，稳压管的阴极应接在高于稳压管反向导通电压的位置。即有：
VR4?R5＞D
R1?R4?R5Vcc将R4?51K?、R5?1.2K?、VD?3.3V、VCC?5V带入上式，得R1＜K?，取R1=12K?。 §3.3.2 滤波电路
如果由于原信号频带很宽或采样频率fs选得太低，则频域中相邻周期的波形就会发生重叠，从而引起误差。这种现象称频率混叠，简称频混。
如果一个信号的频谱具有无限的带宽，则不论如何选择采样频率fs，频混误差都不可避免。然而这种信号并不多见，比较常见的是一个有用的低频信号混进了一个高频的噪声信号。因此在采样之前先用低通滤波器滤去高频噪声，这种低通滤波器称为抗混淆滤波器。在现代数字式分析系统中，它已被列为基本组成环节。抗混淆滤波器的截止频率选为fs/2。
由采样定理可知：对一个频率为0~fm的有限带宽连续信号进行采样，只有当采样频率fs?2fm时，其离散傅里叶变换才不会发生频率混淆，因而只有用这样采样的点才能得到离散信号的频谱。
人可感知的音频中多不超过12KHz，为了凸显低频声音信号的频谱变化，本系统只分析12KHz以下的音频信号。使用RC滤波器，当R8?1.2K?，截止频率
fs?12KHz时，电容值C1为：
C1?1?11(nF)
2?fs?R8取10nF。另外，单片机ADC输入的标准电路还要求加一个截止频率为3.2MHz的滤波器。总体滤波电路图如下：
图3-5 滤波电路
10
河南科技大学毕业设计（论文）
第4章 系统软件设计
§4.1 系统软件总体设计
该系统的软件需要完成控制ADC模块采样信号、对采集的数据计算、控制液晶显示屏显示三个任务。三个任务理论上应顺序运行，上一个任务完成后生成的数据交予下一个任务继续处理。但信号采样需要严格控制采样时间间隔，数据计算任务处理速度很快，而液晶显示的控制又会间隔较长时间。因此三个部分不能一个接一个运行。
程序还包括了各模块的初始化，总程序流程图如下：
图4-1 系统程序流程总图
本程序采用中断的方式，将需要定时的采样程序和显示程序分别放在两个中
11
河南科技大学毕业设计（论文）
断服务程序中，而主程序一直等待采样完成处理数据。数据的连接使用了两个全局变量数组。这样就使三个子程序在运行时，采样程序的采样时间间隔有了保障，而后两个子程序又始终有数据可以处理。
§4.2 系统软件详细设计
§4.2.1 系统的准备和初始化
Code代码段准备了一个32 个元素的nxd数组和一个8×8的User数组。定义如下：
unsigned char code nxd[32]=
{0,16,8,24,4,20,12,28,2,18,10,26,6,22,14,30, 1,17,9,25,5,21,13,29,3,19,11,27,7,23,15,31}; unsigned char code User[8][8]=
{{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F}, {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x1F}, {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x1F,0x1F}, {0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F}, {0x00,0x00,0x00,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F}, {0x00,0x00,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F}, {0x00,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F}, {0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F,0x1F}};
nxd数组用于将32个采样点重新排列，其值为采样点重排的顺序。这将在下面的 §4.2.3蝶形运算的FFT算法 中详细介绍。User二维数组为液晶显示块的8种显示点阵的分布，这将在下面的 §4.2.4 显示子程序 中详细介绍。
main()函数的开始是一些初始化程序，这包括液晶显示屏的初始化、显示屏CGRAM的写入、ADC的初始化和定时器0的初始化。代码和注释如下：
LcdInt(); delay(15);
//调用LCD初始化函数，设置显示模式为：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口，显示开，有光标，光标闪烁，光标右移，字符不移。并清屏。
CgInt(); delay(10);
//调用CgInt子函数，将User数组写入LCD1602的CGRAM中的0x10~0x17。
12