微處理器焊接到PIC32-PINGUINO-OTG開發(fā)板，檢測頻率在16x16x5 LED上

首先，微處理器被編程為80MHz Olimex PIC32，焊接到PIC32-PINGUINO-OTG開發(fā)板。（對于那些曾經(jīng)使用Arduino板進(jìn)行修改的人：它是相同的，只有更快的芯片和更少的內(nèi)置庫）算法必須以固定的時間間隔對輸入信號進(jìn)行采樣，將此信號轉(zhuǎn)換為頻域，并可視化檢測到的頻率在16x16x5 LED矩陣上。

當(dāng)然，在編寫任何代碼之前，我們必須弄清楚如何將輸入樣本轉(zhuǎn)換為頻率分布。通過對輸入信號應(yīng)用離散傅里葉變換（DFT），在信號處理中始終完成這一事情。給定以恒定頻率采樣的信號，DFT輸出一組落在信號中的幅度或頻帶。例如，當(dāng)您的信號主要由中間C（或Do）音調(diào)組成時，DFT將為頻帶分配相對較高的幅度并匹配相應(yīng)的262 Hz頻率。

然而，人耳以對數(shù)方式感知聲音，這意味著聲音信號的頻率加倍僅被視為線性更高的音調(diào)。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，我們使用了Constant Q變換（CQT）代替DFT。簡而言之，在DFT返回頻帶f-2f-3f-4f-等的幅度的情況下，CQT與頻帶f-2f-4f-8f-etc一起工作。

因此，從理論角度來看，3DSA所需的算法非常簡單：以規(guī)則的時間間隔對輸入信號進(jìn)行采樣，對16個頻帶應(yīng)用CQT計(jì)算幅度，并使16個LED列中的每一個適當(dāng)?shù)亻W爍。鑒于Pinguino開發(fā)板支持C，我們假設(shè)實(shí)現(xiàn)這個算法不會那么難。但是，總會出現(xiàn)一些挑戰(zhàn)：

第一個障礙：如果您只有一個線程，您如何定期采樣信號？一個簡單的解決方案是獲取樣本，計(jì)算CQT和可視化，讓線程休眠直到某個時間段已經(jīng)過去，然后再開始新的樣本 - 計(jì)算 - 可視化循環(huán)。但是，我們希望我們的采樣率為14 KHz，這在80 MHz微處理器上留下了課程，而不是樣本之間的6k個時鐘周期來計(jì)算CQT。這證明是不夠的 - 最后我們?yōu)槊總€計(jì)算 - 可視化周期使用了~1M個時鐘周期，因此我們必須弄清楚如何在進(jìn)行CQT計(jì)算和舊樣本的LED可視化時采集新樣本。

在仔細(xì)閱讀了許多Pinguino論壇之后，解決方案以中斷的形式出現(xiàn)：一段比其他代碼具有更高優(yōu)先級的代碼，并由處理器以指定的時間間隔執(zhí)行。由于Pinguino開發(fā)人員沒有為PIC32上的中斷提供C庫，因此我們必須通過將某些處理器位設(shè)置為正確值來手動實(shí)現(xiàn)此功能。成長為Java程序員后，我?guī)缀蹩梢愿惺艿酱a中的硅片

另一個大障礙是PIC32芯片不存在的浮點(diǎn)功能。在我們的CQT實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部循環(huán)中執(zhí)行任何浮點(diǎn)運(yùn)算會使代碼減慢一個數(shù)量級，從而以幻燈片形式轉(zhuǎn)換LED可視化（現(xiàn)在我知道如何使用舊GPU）。為了解決這個問題，我們使用了一個臨時的定點(diǎn)數(shù)字格式，使用了10個小數(shù)位。這是一個復(fù)雜的乘法，但完成了工作。