Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- 2019:audio-visualizer [2020/01/19 15:46]
Dominik Indrák [Zdroje] oprava odkazu
+++ 2019:audio-visualizer [2020/01/20 19:42] (aktuální)
Dominik Indrák [Výpočet frekvenčního spektra]
@@ Řádek 9: / Řádek 9: @@
 {{ :2019:audio-visualizer:mpoa_vyvojak.png?direct |}}
+Pro vypracování projektu jsem využíval Cube MX 5.4.0 IDE s kombinací s projektovou strukturou z předmětu MPOA a editorem EmBitz.
 ===== Vzorkování vstupního signálu =====
 Vstupní audio signál je nejdříve nutné posunout do napěťového rozsahu 0-3V, který odpovídá referenci analogového převodníku. K tomu slouží zapojení, které je na obrázku. Kondenzátor 0,47 uF s odporem 20 kΩ tvoří horní propust s mezním kmitočtem f<sub>m</sub> = 16,93 Hz. Zároveň dělič s odpory 2x20 kΩ posunuje vstupní signál o stejnosměrnou úroveň, která je rovna V<sub>ref</sub>/2 = 1,5 V. Pokud by zbyl čas, bylo by dobré použít pásmovou propust (např. Wienův článek) s mezními kmitočty f<sub>m1</sub> = 20 Hz a f<sub>m2</sub> = 20 kHz případně pouze dolní propust s f<sub>m</sub> = 20 kHz. Frekvence vyšší, než f<sub>vz</sub>/2 = 24 kHz sice neslyšíme, ale mohou nám pronikat do zobrazovaného spektra z důvodu zrcadlení spektra kolem f<sub>vz</sub>/2 (aliasing).
@@ Řádek 16: / Řádek 17: @@
 {{:2019:audio-visualizer:adc_config.png?direct&445 }} {{ :2019:audio-visualizer:tim2_conf.png?direct&437}}
-HAL_ADC_ConvCpltCallback() se volá po dokončení konverze ADC. Zde se navzorkovaná data přepočítávají na Volty a ukládají do pole adc_samples[] o maximální velikosti FFT_SIZE. Pokud je toto pole plné nových vzorků, je nastaven flag fft_data_ready, což signalizuje, že se může spočítat FFT nad nově navzorkovanými daty.
+HAL_ADC_ConvCpltCallback() se volá po dokončení konverze ADC. Zde se navzorkovaná data přepočítávají na milivolty a ukládají do pole adc_samples[] o maximální velikosti FFT_SIZE. Pokud je toto pole plné nových vzorků, je nastaven flag fft_data_ready, což signalizuje, že se může spočítat FFT nad nově navzorkovanými daty.
 Využívaná makra
 <code c>
 //ADC values
-#define     VREF                  3000    //volts
+#define     VREF                  3000    //[mV]
 #define     ADC_MAX_RAW           4096    //2pow12
 </code>
@@ Řádek 53: / Řádek 54: @@
 ===== Výpočet frekvenčního spektra =====
-Pokud jsou navzorkována nová data, překopírují se do pole audio_in[]. Pomocí funkce arm_rfft_fast_f32() je nad nimi vypočítána reálná FFT (resp. Diskrétní FFT), poslední parametr určuje, že se má počítat FFT a ne IFFT. Výsledky jsou uloženy do pole audio_out[]. Jelikož funkce vrací kromě X[0] a X[FFT_SIZE/2] vzorků, které jsou reálné, komplexní čísla, je třeba vypočítat absolutní hodnotu z pole audio_out[] funkcí arm_cmplx_mag_f32(). Výslednoá amplituda se převede na decibely a z vypočítaných hodnot se funkcí DrawSpectrum() vykreslí frekvenční spektrum.
+Pokud jsou navzorkována nová data, překopírují se do pole audio_in[]. Pomocí funkce arm_rfft_fast_f32() je nad nimi vypočítána reálná FFT (resp. reálná diskrétní FFT). Poslední vstupní parametr zmíněné funkce určuje, že se má počítat FFT a ne IFFT. Výsledky jsou uloženy do pole audio_out[]. Jelikož funkce vrací kromě X[0] a X[FFT_SIZE/2] vzorků, které jsou reálné, komplexní čísla, je třeba vypočítat absolutní hodnotu z pole audio_out[] funkcí arm_cmplx_mag_f32(). Výsledná amplituda se převede na decibely a z vypočítaných hodnot se funkcí DrawSpectrum() vykreslí frekvenční spektrum. Vykreslování frekvenčního spektra je popsané níže.
 Makro definující velikost FFT.
@@ Řádek 83: / Řádek 84: @@
   arm_max_f32(magnitude_db, FFT_SIZE, &maxValue, &testIndex);
-  DrawSpectrum(magnitude_db, maxValue, scale_y_inc3db, dB_per_px);
+  DrawSpectrum(magnitude_db, scale_y_inc3db, dB_per_px);
   //New data for FFT can be saved
@@ Řádek 93: / Řádek 94: @@
 ===== Zobrazení frekvenčního spektra =====
 K vykreslení frekvenčního spektra slouží funkce DrawSpectrum(), kde do ní vstupuje pole vzorků frekvenčního spektra v decibelech, offset osy Y a rozlišení osy Y. Offset slouží k dolazení spektra na požadované zobrazení po hrubém zvětšení/zmenšení spektra pomocí změny rozlišení.
-Funkce vymaže displej, nastaví barvu pozadí a zavolá funkci pro vykreslení osy X a Y (popis funkce je níže). Následně dojde k vykreslení jednotlivých vzorků. Výška každé spektrální čáry je násobena rozlišením a je k ní přičítán offset. Měřítko spektra tedy může být změněno pomocí ovládacích tlačítek v menu, do kterého se dostaneme kliknutím na libovolnou pozici na displeji při vykreslování spektra.
+Funkce vymaže displej, nastaví barvu pozadí a zavolá funkci pro vykreslení osy X a Y (popis funkce je níže). Následně dojde k vykreslení jednotlivých vzorků. Výška každé spektrální čáry je násobena převrácenou hodnotou rozlišení a je k ní přičítán offset. Měřítko osy Y tedy může být změněno pomocí ovládacích tlačítek v menu, do kterého se dostaneme kliknutím na libovolnou pozici na displeji při vykreslování spektra.
 Následující makra slouží pro definování pozice frekvenčního spektra na displeji.
@@ Řádek 137: / Řádek 138: @@
 </code>
-Pro vykreslování na LCD displej je třeba nakopírovat do složky projektu zdrojové soubory STemWinu, který lze buďto stáhnout samostatně ([[https://www.st.com/en/embedded-software/stemwin.html|STemWin]]) a nebo je součástí Cube MX v adresáři CubeMX\Middlewares\ST\STemWin. STemWin je profesionální grafická knihovna, ze které se využily pouze základní funkce pro kreslení geometrických tvarů.
+Pro vykreslování na LCD displej je třeba nakopírovat do složky projektu zdrojové soubory STemWinu, který lze buďto stáhnout samostatně ([[https://www.st.com/en/embedded-software/stemwin.html|STemWin]]) a nebo je součástí Cube MX v adresáři CubeMX\Middlewares\ST\STemWin. STemWin je profesionální grafická knihovna, ze které se využily pouze základní funkce pro kreslení geometrických tvarů. Tato knihovna byla zvolena, protože bylo třeba otočit orientaci displeje (hlavně textu) o 90°, což nebylo s BSP knihovnou k LCD možné. GUI, které je součástí CubeMX nebylo použito z časových důvodů.
+Na následujícím obrázku je nastavení pro displej z CubeMX. Displej byl nastavován podle videa [8] a kromě LTDC bylo nutné nastavit FMC (Flexible Memory Controller) a SPI (Serial Peripheral Interface)
+{{ :2019:audio-visualizer:ltdc_conf.png?direct&600 }}
 Makra používaná při vykreslování osy X a Y a jejich popisů.
@@ Řádek 158: / Řádek 163: @@
 </code>
-Voláním funkce DrawAxis() se vykreslí osa X a Y, jejich základní dělení a popisy a také informace o nastaveném offsetu a rozlišení osy Y spektra. Jelikož je funkce dlouhá, je tu zobrazen pouze její začátek a konec. celá funkce je ve zdrojovém souboru main.c.
+Voláním funkce DrawAxis() se vykreslí osa X a Y, jejich základní dělení a popisy a také informace o nastaveném offsetu a rozlišení osy Y spektra. Jelikož je funkce dlouhá, je tu zobrazen pouze její začátek a konec. Celá funkce je ve zdrojovém souboru main.c.
 <code c>
@@ Řádek 203: / Řádek 208: @@
 </code>
 ===== Zobrazení menu =====
-Menu je možné zobrazit klepnutím kamkoliv na displej. V menu je pak možnost nastavit hrubé rozlišení osy Y a offset pro jemné dolazení s hodnotou +3 dB nebo -3 dB.
+Menu je možné zobrazit dotykem kamkoliv na displej. V menu je pak možné nastavit hrubé rozlišení osy Y a offset pro jemné dolazení s hodnotou +3 dB nebo -3 dB.
 <code c>
@@ Řádek 235: / Řádek 240: @@
 </code>
-Do funkce vstupují nastavené hodnoty rozlišení a offsetu, které pak funkce zobrazí u nastavovacích tlačítek, kterým odpovídá. Nejdříve je vykreslen sloupec pro offset, tzn. dvě nastavovací tlačítka s textem a 1 pole pro zobrazení nastavené hodnoty. Následuje vykreslení sloupce rozlišení (funkce zkrácena-lze vidět v souboru main.c projektu) opět s dvěma tlačítky pro zvýšení/snížení rozlišení a pak pole pro zobrazení nastavené hodnoty. Zároveň jsou tyto hodnoty vykreslovány spolu osami X a Y a jsou pod spektrem pro informaci. Z menu se lze dostat tlačítkem BACK.
+Do funkce vstupují nastavené hodnoty rozlišení a offsetu, které pak funkce zobrazí u nastavovacích tlačítek, kterým odpovídá. Nejdříve je vykreslena část pro offset, tzn. dvě nastavovací tlačítka s textem a 1 pole pro zobrazení nastavené hodnoty. Následuje vykreslení části rozlišení (funkce zkrácena-kompletní lze vidět v souboru main.c projektu) opět s dvěma tlačítky pro zvýšení/snížení rozlišení a pak pole pro zobrazení nastavené hodnoty. Zároveň jsou tyto hodnoty vykreslovány spolu osami X a Y a jsou pod spektrem pro informaci. Z menu se lze dostat tlačítkem BACK.
 <code c>
@@ Řádek 284: / Řádek 289: @@
 </code>
 ===== Závěr =====
+Byl naprogramován zvukový vizualizér, který vzorkuje vstupní signál pomocí ADC převodníku s vzorkovací frekvencí f<sub>vz</sub> = 48 kHz. Vypočítané frekvenční spektrum je vykreslováno na dotykovém TFT displeji. Pomocí jednoduchého menu je možné měnit rozlišení Y osy spektra.
+Pro vstup audio signálu byl použit filtr typu horní propust, který ovšem nebyl ideální (frekvence větší jak f<sub>vz</sub> by způsobovaly aliasing) a z časových důvodů nebyl předělán. Lepší by by byla pásmová propust nalazená na slyšitelné spektrum, tzn. 20 Hz - 20 kHz.
+Aby bylo možné vykreslovat na displej na šířku, na poslední chvíli byla použita část knihovny STemWin. Lepší by ovšem bylo využití kompletní knihovny STemWin s GUI například přímo v CubeMX. vylepšením by mohlo být, aby frekvenční spektrum nebylo vykreslováno celé, ale bylo rozděleno na oktávy. Každá oktáva by pak zahrnovala spektrum z okolních frekvencí. Šlo by pak lépe vidět rozložení spektra na nižších frekvencích (cca 20 Hz - 1kHz).
+[[http://leteckaposta.cz/647359699|Zdrojové soubory]]
+{{youtube>SbM17JHXQDU?medium}}
 ===== Zdroje =====
 [1] Real FFT Functions. Keil Embedded Development Tools for Arm, Cortex-M, Cortex-R4, 8051, C166, and 251 processor families. [online]. Dostupné z: https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS/DSP/html/group__RealFFT.html\\

Individální projekty MPOA

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Rozdíly

Nástroje pro stránku