我正在通过 ATmega16p 和 CodeVisionAVR 设计吉他调音器，但我无法让我的代码运行

Question

我正在为我大学的第二个项目设计一个通过 atmel mega16 处理器和 CodeVisionAVR 的吉他调音器。我已将单声道插孔连接到处理器的 PINA.7（ADC 转换器）和 GND。我有 7 个 LED (PORTB.0..6)，它们应该根据信号基频的频率通过一系列 if/elseif 来打开。

我正在通过 800 个样本的 DFT（我知道有更快的 FT，但我们的大学告诉我们应该使用 DFT，他们知道原因）来获取信号的基本原理。在选择的 800 个样本中，它计算频谱。然后用next for来计算每个频率的绝对值，取最大的一个，可以作为吉他调音师的一个很好的参考点。

Momentairly，我在主函数中只包含了一个大频率条件，以查看 LED 是否亮起，但它没有。

我尝试在整个代码中将 LED 从 0 切换到 6，它似乎停止在 F = computeDft();，所以我删除了变量，让 computeDft(); 运行，但下一个 LED 没有亮起。函数永远不会被调用吗？我已经在 Visual Studio 中使用生成的余弦函数尝试了该函数，并且效果很好。它总是检测基本面。为什么它在 CVAVR 中不起作用？

#define M_PI 3.1415926f
#define N 800

unsigned char read_adc(void)
{
ADCSRA |= 0x40;  //start conversion;
while (ADCSRA&(0x40)); //wait conversion end
return (float)ADCH;
}

typedef struct 
{
    float re;
    float im;
} Complex;

float computeDft()
{      
    unsigned char x[N] = {0};
    float max = 0;   
    float maxi = 0;
    float magnitude = 0; 
    Complex X1[N] = {0};
    int n = N;
    int k;       
    for (n = 0; n < N; ++n)
    {
        for (k = 0; k < n; k++)
        {       
            x[k] = read_adc();            
            X1[n].re += x[k] * cos(n * k * M_PI / N);
            X1[n].im -= x[k] * sin(n * k * M_PI / N);
        }
    }                     
    for (k = 0; k < n; k++)  
    {
        magnitude = sqrt(X1[k].re * X1[k].re +  X1[k].im * X1[k].im);
        if (magnitude > maxi) 
        {
        maxi = magnitude;
        max = k;   
        }
    }                                             
    return max;   
}


/*
 * main function of program
 */
void main (void)
{          
    float F = 0;
    Init_initController();  // this must be the first "init" action/call!
    #asm("sei")             // enable interrupts
    LED1 = 1;               // initial state, will be changed by timer 1 
    L0 = 0;
    L1 = 0;
    L2 = 0;
    L3 = 0;
    L4 = 0;
    L5 = 0;
    L6 = 0;
    ADMUX = 0b10100111; // set ADC0
    ADCSRA = 0b10000111; //set ADEN, precale by 128

    while(TRUE)
    {
        wdogtrig();         // call often else processor will reset ;        
        F = computeDft();  
        if (F > 50 && F < 200)
        {
            L3 = 1;
        }
    } 


}// end main loop 

我试图实现的结果是来自电话或计算机的信号（可能是一个人调整吉他的 YouTube 视频）通过插孔发送到 AD 转换器 (PINA.7) 中的处理器。主函数调用computeDft; 函数，它将要求read_adc(); 将通过电缆发送的电压值添加到x[k]，然后计算它的Dft。然后相同的函数选择基波的频率（具有最高绝对值的频率），然后返回它。在 main 函数内部，一个变量将被分配基频的值，并通过一系列 if 将其值与标准吉他弦频率 82.6、110 等进行比较......

Answer 1

1. 首先：在 DFT 中只选择较大的谐波，作为调音器不好，因为根据所演奏的乐器，泛音可能具有较大的幅度。体面的调谐器可以通过使用例如自相关算法。

2. 我在您的项目中看到了这一行：

 wdogtrig();         // call often else processor will reset ; 

为什么首先需要看门狗？它是在哪里配置的？它设置的超时时间是多少？您认为，在computeDft() 中执行两个嵌套循环需要多长时间？里面有很多浮点运算，包括每一步计算正弦和余弦？在 16MHz 8 位 MCU 上？我认为这至少需要几秒钟，所以不要使用看门狗，或者更频繁地重置它。

3.看

cos(n * k * M_PI / N);

（顺便问一下，你确定是cos(n * k * M_PI / N);而不是cos(n * k * 2 * M_PI / N);？）

由于 cos(x) = cos(x + 2 * M_PI)，可以看到这个公式可以表示为cos((n * k * 2) % (2 * N) * M_PI / N)。 IE。您可以预先计算所有 2*N 个可能的值，并将它们作为常数表放入闪存中。

4.查看computeDft()中的嵌套循环

在内部循环中，您每次都在调用read_adc()！

您希望一次将信号选取到缓冲区中，然后对保存的信号执行 DFT。 IE。首先将 ADC 值读入 x[k] 数组：

for (k = 0; k < N; k++)
{       
    x[k] = read_adc();            
}

然后您才对其执行 DFT 计算：

for (n = 0; n < N; ++n)
{
    for (k = 0; k < n; k++)
    {       
        X1[n].re += x[k] * cos(n * k * M_PI / N);
        X1[n].im -= x[k] * sin(n * k * M_PI / N);
    }
}   

5.仔细看两个周期：

for (n = 0; n < N; ++n)
     ..
        X1[n].re += x[k] * cos(n * k * M_PI / N);
        X1[n].im -= x[k] * sin(n * k * M_PI / N);
}

在每一步，您都在计算 X1[n] 的值，没有使用之前的 X1 值。

下面还有一个循环：

for (k = 0; k < n; k++)  
{
    magnitude = sqrt(X1[k].re * X1[k].re +  X1[k].im * X1[k].im);
    ...
}

在这里，您正在计算 X1[k] 的大小，并且没有使用 X1 的前一个值和下一个值。因此，您可以简单地将它们组合在一起：

for (n = 0; n < N; ++n)
{
    for (k = 0; k < n; k++)
    {       
        X1[n].re += x[k] * cos(n * k * M_PI / N);
        X1[n].im -= x[k] * sin(n * k * M_PI / N);
    }
    magnitude = sqrt(X1[n].re * X1[n].re +  X1[n].im * X1[n].im);
    if (magnitude > maxi) 
    {
    maxi = magnitude;
    max = k;   
    }
}

这里你可以清楚地看到，你没有理由将X1[n].re和X1[n].im存储在任何数组中。干掉他们！

for (n = 0; n < N; ++n)
{
    float re = 0;
    float im = 0;
    for (k = 0; k < n; k++)
    {       
        re += x[k] * cos(n * k * M_PI / N);
        im -= x[k] * sin(n * k * M_PI / N);
    }
    magnitude = sqrt(re * re +  im * im);
    if (magnitude > maxi) 
    {
        maxi = magnitude;
        max = k;   
    }
}

就是这样！通过删除无意义的Complex X1[N] 数组，您节省了 6 KB

6.你的初始化代码有错误：

ADMUX = 0b10100111; // set ADC0

我不知道什么是“ATmega16P”，我认为它的工作原理与“ATmega16”相同。所以这个寄存器的最高有效位，称为REFS1 和REFS0 用于选择参考电压。可能的值是：

• 00 - 来自 AREF 引脚的外部电压；
• 01 - AVCC 电压作为参考
• 11 - 内部稳压器（ATmega16 为 2.56V，ATmega168PA 为 1.1V）

10 的值不正确。

7.吉他输出是小信号，可能几十毫伏。此外，它是一个交流信号，可以是正的，也可以是负的。因此，在将信号放入 MCU 的输入之前，您必须对其进行移位（否则您将只能看到正半波）并对其进行放大。

即仅将插头连接到 GND 和 ADC 输入是不够的，您需要一些原理图来制作适当电平的信号。

你可以google一下。例如： （来自This project）