一、项目介绍及设计思路

        随着人民娱乐生活的丰富，各种音乐爱好者有音乐制作的需求，如录音/混音/编曲等。而音频频谱仪可以将声音可视化显示出来，给人们提供更多信息，可以在一定程度上弥补监听工具带来的误差。因此，设计一种基于STM32的音频频谱仪，能够实现声音检测并实时显示频谱。

       设计时，首先由电源组进行供电，传感器模块使用声音传感器麦克风来收集音频信号，并在模拟电路中进行信号放大，信号通过接口层后进入STM32的处理模块，将进行FFT等频谱分析并实时显示在led显示屏上；并可进行声场、相位等的测量和显示等拓展功能。

二、市场介绍

       音频频谱仪可以在音乐制作者进行录音之前，用于试音调整，有助于发现一些问题；在我们依靠监听音箱、监听耳机来感受声音的同时，频谱仪还可以给我们更加直观的数据。一般来说，混音时，音乐作品的每个声部都可以分别用频谱仪来测试，也可以观看整体的频谱情况。对于没有专业监听设备的音频初学者来说，频谱仪无疑是必需的软件之一。

三、方案框图

原理框图如下：

链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/基于stm32的音频频谱仪-b52d851fc4184311a86d7e8080cfffc6

功能模块介绍：

1 . 建立mic与放大器之间的音频采集放大电路，将声音信号转化为电信号。此处实现思路为查阅所选用的amc功率放大器产品说明手册，利用其他电子元件搭建电路图；实践初期对于各类电路元件参数的确认可以利用multisim软件进行探索。

2. 信号放大后需要显示声音信号频谱。此处需要进行ADC采样，并涉及到后续STM32中编程实现时钟分频、采样率等功能以获得样本，便于后续FFT处理。

3. 软件编程中需要进行基于c或c++语言的编程实现对上述样本的傅里叶变换，并进行FFT运算得到输出数据中的最大频率分量。

4. OLED外设部分，需要了解OLEd的模块及驱动，以及最后实现c或c++语言编程绘制出实时波形图。

Scheme it工具介绍：

1. 绘制原理框图时主要用到Diagram Symbols模块，含有各类形状框图，双击即可进行各类参数设置。
2. 绘制电路图时可用到Schematic Symbols中各类模块，或进行个人封装。绘制时有许多快捷键可以运用，比较方便。
3. 同时，Scheme it具有分享功能，可以方便地将所设计的电路图或者原理图导出并获得分享链接，有助于进行各类学术交流。

四、元器件介绍

1. MP34DT06J

MP34DT06J是一款意法半导体出品超紧凑、低功耗、全向的数字MEMS麦克风，内置电容式传感元件和IC接口。

能够检测声波的传感元件是使用专门用于生产音频传感器的专用硅微机械加工工艺制造的。

IC接口是使用CMOS工艺制造的，该工艺允许设计能够以PDM格式从外部提供数字信号的专用电路。

MP34DT06J是一款低失真数字麦克风，信噪比为64 dB，灵敏度为-26 dBFS±1 dB。

MP34DT06J采用顶部端口、SMD兼容、EMI屏蔽封装，保证在-40°C至+85°C的扩展温度范围内工作。

1. STM32C011F6U6TR

（意法半导体）

STM32C011x4/x6主流微控制器基于高性能Arm®Cortex®-M0+32位RISC核心，工作频率高达48 MHz。它们提供了高水平的集成，适用于消费者、工业和家电领域的广泛应用，并为物联网（IoT）解决方案做好了准备。

Cortex-M0+是一款入门级32位Arm Cortex处理器，专为广泛的嵌入式应用程序设计。它为开发人员提供了显著的好处，包括：•简单的体系结构，易于学习和编程•超低功耗、节能的操作•出色的代码密度•确定性、高性能的中断处理•与Cortex-M处理器系列的向上兼容性•平台安全性强，具有集成内存保护单元（MPU）。

Cortex-M0+处理器构建在高度面积和功率优化的32位内核上，采用两级流水线Von Neumann架构。该处理器通过一个小而强大的指令集和广泛优化的设计，提供了包括单循环乘法器在内的高端处理硬件，从而实现了卓越的能效。

Cortex-M0+处理器提供了现代32位架构所期望的卓越性能，其代码密度高于其他8位和16位微控制器。

设备包含内存保护单元（MPU）、高速嵌入式内存（6 KB的SRAM和高达32 KB的带读写保护的闪存）、DMA、广泛的系统功能、增强型I/O和外围设备。

设备提供标准通信接口（一个I2C、一个SPI/一个I2S和两个USART）、一个多达15个通道的12位ADC（2.5 MSps）、一台低功耗RTC、一个高级控制PWM定时器、四个通用16位定时器、两个看门狗定时器和一个SysTick定时器。

优化的动态功耗与节能模式相结合，可以设计低功耗应用程序。

这些设备被封装在具有8到20个引脚中。

1. AMC7834

AMC7834（德州仪器）设备是一种高度集成的低功率模拟监控解决方案，用于功率放大器（PA）偏置，能够监控温度、电流和电压。

该设备集成了一个多通道、12位模数转换器（ADC）；八个12位数模转换器（DAC）；四个高侧电流感测放大器，其可以可选地设置为作为四个独立闭环漏极电流控制器的一部分操作；一个精确的片上温度传感器和两个远程温度传感器二极管驱动器；四个可配置的通用I/O端口（GPIO）；以及准确的内部参考。高集成度显著减少了元件数量，简化了PA偏置系统的设计

该设备的功能集成和很大的工作温度范围使其适合作为多通道RF通信系统中PA的一体式、低成本、偏置控制电路。

灵活的DAC输出范围和宽共模电压-电流传感器使该器件能够用作各种晶体管技术（如LDMOS、GaAs和GaN）的偏置解决方案。AMC7834功能集同样适用于通用监控系统。

对于需要不同信道数、附加功能或转换器分辨率的应用，德州仪器公司提供了一整套模拟监控（AMC）产品。

五、心得体会

       本次项目第一阶段只需要进行框图的绘制，大大鼓励了参赛人员进行各种创新性的构思。同时根据使用Scheme- it工具进行框图与电路原理图的绘制也使我熟悉了设计产品的初级步骤，是一次很有收获的体验。