【毕业设计】ppt-基于单片机的音乐频谱显示器设计

,题目：基于单片机的音乐频谱显示器设计,班级：信工111,姓名：王飞,指导老师：陈晓莉,研 究 意 义：,随着电子技术的迅猛发展,LED显示器件作为现代信息显示的重要媒体，在各个领域中得到了广泛应用。因此LED显示器件的研制、生产得到了迅速发展，形成了光电子行业新兴的产业。,制作音乐频谱的要求,系统方案的设计,系统硬件设计,系统软件设计,1、制作音乐频谱的要求,我采用的是基于微处理器的软件分析法，微处理器是本制作的核心部分，因此，选择一个性能与配置合适的微处理器是关键，我选择AT89S52单片机便能够满足本次制作的要求。 软件上的分析法核心是快速傅立叶算法，简称FFT。,2、系统方案的设计,A 系统整体设计原理,本设计以AT89S52单片机作为主控单元，进行数据采集，A/D转换，频谱计算（FFT），再由LED显示频谱。且在完成系统其他控制任务的前提下，充分利用单片机剩余计算资源，采用优化FFT算法计算音频信号频谱。音频数据通过AT89S52的A/D接口实现模拟音频信号的采样保持和量化处理，包括音频采集和转换；频谱显示电路实现模拟音频信号频谱的分段显示，它将音频信号频谱划分成14段，每段按照14级量化，由LED显示器件显示。,B 系统整体设计原理图,音频信号,数据采集 A/D转换,数据采集 A/D转换,频谱显示电路,C 系统方案,(1) A/D采样频率 受到现有器件的限制，本系统使用的A/D转换器最高工作频率仅为65MHz，根据奈奎斯特采样定律，被测信号的最高频率可达30MHz,(2) 示波器先显示相关参数设计 要在模拟示波器上稳定的显示出图像，每一屏图像的扫描间隔必须小于人眼的最小反应时间。人的视觉暂留在1050ms之间。对于小于次间隔的变化，人眼都无法辨别出来。本系统使用单片机来控制外部的双路/实现频谱图的显示，在程序中设定间隔为20ms的中断，每次中断都将存储在频谱显示存储区的数据输出显示一次，实现了频谱分析稳定的显示。,3、系统硬件设计,A 系统单片机的选择,在选择单片机时要需要考虑的几个方面有： （1）单片机最基本性能参数指标（2）单片机的某些特殊的功能。 （3）单片机的存储介质。（4）单片机的封装形式。（5）单片机对工作的温度范围的要求。 （6）单片机的功耗。 （7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。 （8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的 芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。 （9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。,单片机的引脚功能图,主控芯片 AT89S52,AT89S52单片机最小系统构成的电路图,AT89S52单片机最小系统构成的电路,B 主控芯片AT89S52 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。,C、LED显示电路的设计本课设选择的是LED显示器作为显示电路，而LED显示有静态扫描和动态扫描两种，在方案比较中已经介绍过，由于论文要显示八位LED，所以选择的是动态扫描方式。 动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。,设计的关键点：动态电流的计算，动态扫描周期的确定，所谓动态驱动实际就是分时点亮不同位置的数码管，由于人眼的惰性，当亮度熄灭的时间小于1/25秒时，给人们感觉是亮度没变。每位数码管点亮时间T=25ms/数码管位数；T=25/8=3.25ms，在这取2ms。,（4）电源电路设计 电源系统是影响系统稳定性的重要因素。由于系统上的器件要求供电有1.5V、1.8V、3.3V、5V、12V等多种电压，电源系统采用了多路独立供电的方式，1.5V/1.8V/3.3V都由专用电源芯片TPS54613独立供电， 5V由7805/7905提供， 12V由7812/7912提供。 同时， 由于整个系统主要有高速的数字器件组成。系统在工作中，数字器件会在电源和地上引入大量的脉冲干扰。对于高精度小信号的A/D转换器，为了保证采样精度，要求采样A/D的电源和地的噪声很小。解决方案是通过型滤波隔离数字部分和模拟部分供电，同时对数字地与模拟地实现布线隔离，并且通过电感把两部分地单点连接。,系统供电电路图：,4 、系统软件设计,在单片机应用系统的开发中，软件的设计是最复杂和困难的，大部分情况下工作量都较大，特别是对那些控制系统比较复杂的情况。如果是机电一体化的设计人员，往往需要同时考虑单片机的软硬件资源分配。本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键、显示处理及信号频率输入处理。 程序设计是一件复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可概括为以下三点：, 分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出合理的计算方法及适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。这是能否编制出高质量程序的关键。 根据算法画流程图：画程序框图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以减少出错的可能性。 编写程序：根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。,程序流程图,电路原理： 我们制作这个音乐频谱显示只是用来娱乐，所以没必要追求很高的精确度和工业级别稳定性，所以，我对电路进行了一系列的简化处理，这样既可以节省元器件，也可以减少DIY 的难度，提高我们的兴趣。 在不影响正常使用的情况下， 我对电路进行了如下精简设计，但也相应的加入了不少亮点;( 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。当触模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；,( d ) 省去了MCU的复位电路，以及晶振上的2个起振瓷片电容，但一般不影响系统正常工作；(e) 双音频插孔设计。不影响正常的音频输出，省去了音频分线器；(f ) 去掉音频输入处理的电平移动电路，简化电路，并加入软自动增益控制，实现自动根据音乐的声音大小调节显示幅度；( g )采用食人鱼LED来显示，不仅特别的亮，而且比用普通的草帽状L印效果更美，耐电流也更大，还省去了部分限流电阻，食人鱼L印有四个引脚，便于手工焊接，大量减少跳线,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。(2)在中断函数中, 根据显示缓冲区的内容对点阵显示屏进行实时刷新点亮。,MCU原理图,致 谢 难忘的大学生涯即将结束，在这珍贵的四年当中我不仅用知识充实了自己，同时在学习和生活中也得到了各位老师和同学的无私帮助，在论文即将完成之际，首先对我的导师陈晓莉老师表示衷心的感谢。在毕业设计中我取得的每一点进步无不倾注了陈老师的心血，从论文选题到搜集资料，从写作初稿到反复修改，期间经历了彷徨、困惑和成稿时的喜悦，在写作论文的过程中心情是如此的复杂。如今，伴随着这篇论文的最终成稿，我终于松了一口气，在我和陈老师的一起努力下终于完成了这大学的最后一次作业。拿着这篇成稿我心里充满了感激，感谢曾经给予我帮助和指导的老师和同学。陈老师不仅在专业知识上给予我悉心的指导，在学习态度