1. 频谱简介

频谱：信号的一种新的表示方法

1.1 FFT简介

在数字信号处理中常常需要用到离散傅里叶变换（DFT），以获取信号的频域特征。传统的DFT算法计算量大，耗时长，不利于计算机实时对信号进行处理。
FFT是一种DFT的高效算法，称为快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform），它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。
假设信号频率为F，采样频率为Fs，采样点数为N：
那么FFT之后结果就是N个复数；
每一个复数对应着一个频率点，频率间隔（分辨率）为Fs/N；
第一个点表示直流分量（频率为0Hz），第n个点频率为Fn=(n-1)*Fs/N；
各频率点下复数的模值，就是该频率下正弦信号的幅度特性；
FFT结果具有对称性，通常我们只使用前半部分的结果。

2. 程序设计

使用FPGA开发板采集音频信号，然后使用Altera FFT IP核对输入的音频信号进行傅里叶变换，并将其频谱显示到4.3寸RGB TFT-LCD上。

2.1 系统框图

2.2 源码

module FFT_audio_lcd(input           sys_clk,input           rst_n,// WM8978接口output          aud_mclk,input           aud_bclk,               input           aud_lrc,               input           aud_adcdat,               output          aud_dacdat,               output          aud_scl,               inout           aud_sda,//LCD接口output          lcd_hs,output          lcd_vs,output          lcd_de,output [15:0]   lcd_rgb,output          lcd_bl,output          lcd_rst,output          lcd_pclk);//wire define
wire        clk50M;
wire        clk10M;wire        audio_valid;
wire [15:0] audio_data;wire        fft_sop;
wire        fft_eop;
wire        fft_valid;
wire [15:0] fft_data;//*****************************************************
//**                    main code
//***************************************************** //锁相环模块
pll pll_inst (.inclk0             (sys_clk),.c0                 (aud_mclk),.c1                 (clk50M),.c2                 (clk10M));//例化WM8978控制模块
wm8978_ctrl u_wm8978_ctrl(.clk                (clk50M),.rst_n              (rst_n),.aud_bclk           (aud_bclk),     // WM8978位时钟.aud_lrc            (aud_lrc),      // 对齐信号.aud_adcdat         (aud_adcdat),   // 音频输入.aud_dacdat         (aud_dacdat),   // 音频输出.aud_scl            (aud_scl),      // WM8978的SCL信号.aud_sda            (aud_sda),      // WM8978的SDA信号.dac_data           (audio_data),   // 输出的音频数据.adc_data           (audio_data),   // 输入的音频数据.rx_done            (audio_valid),  // 一次接收完成.tx_done            ()              // 一次发送完成);//对输入的音频数据进行傅里叶变换
FFT_top FFT_u(.clk_50m            (clk50M),.rst_n              (rst_n),.audio_clk          (aud_bclk),.audio_data         (audio_data),.audio_valid        (audio_valid),.data_modulus       (fft_data),.data_sop           (fft_sop),.data_eop           (fft_eop),.data_valid         (fft_valid));//RGB_LCD 显示模块
LCD_top LCD_u(.clk50M             (clk50M),.clk10M             (clk10M),.rst_n              (rst_n),.lcd_hs             (lcd_hs),.lcd_vs             (lcd_vs),.lcd_de             (lcd_de),.lcd_rgb            (lcd_rgb),.lcd_bl             (lcd_bl),.lcd_rst            (lcd_rst),.lcd_pclk           (lcd_pclk),.fft_data           (fft_data),.fft_sop            (fft_sop),.fft_eop            (fft_eop),.fft_valid          (fft_valid));endmodule

子模块详见FFT—音频频谱设计

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