Craig Evans / Mbed 2 deprecated AudioIn

Reads in audio signal on ADC, performs FFT and displays spectrum on Nokia 5110 LCD display.

Dependencies:   N5110 mbed

main.cpp@1:7c6c1f98b8f5, 2014-07-22 (annotated)

Committer:
eencae
Date:
Tue Jul 22 15:42:39 2014 +0000
Revision:
1:7c6c1f98b8f5
Parent:
0:a497562bb2f9
Child:
2:8da22b498051
Added in spectrum analyser display on Nokia 5110 LCD.

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
eencae 0:a497562bb2f9 1 #include "mbed.h"
eencae 1:7c6c1f98b8f5 2 #include "N5110.h"
eencae 0:a497562bb2f9 3
eencae 0:a497562bb2f9 4 extern "C" void fftR4(short *y, short *x, int N);
eencae 0:a497562bb2f9 5
eencae 0:a497562bb2f9 6 float magnitude(short y1, short y2);
eencae 0:a497562bb2f9 7 void updateSamples();
eencae 0:a497562bb2f9 8 void doFFT();
eencae 0:a497562bb2f9 9 void printSpectrum();
eencae 0:a497562bb2f9 10 void printSamples();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 11 void ledBarGraph();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 12 void lcdEqualiser();
eencae 0:a497562bb2f9 13 int calcPeakFrequency();
eencae 0:a497562bb2f9 14
eencae 1:7c6c1f98b8f5 15 AnalogIn audio(p17); // ADC pin must be biased at Vcc/2 using coupling capacitor and potential divider
eencae 0:a497562bb2f9 16 BusOut leds(LED1,LED2,LED3,LED4);
eencae 0:a497562bb2f9 17 LocalFileSystem local("local"); // Create the local filesystem under the name "local"
eencae 0:a497562bb2f9 18 Serial serial(USBTX,USBRX);
eencae 1:7c6c1f98b8f5 19 // VCC,SCE,RST,D/C,MOSI,SCLK,LED
eencae 1:7c6c1f98b8f5 20 N5110 lcd(p7,p8,p9,p10,p11,p13,p21);
eencae 0:a497562bb2f9 21
eencae 0:a497562bb2f9 22 #define BUF_LEN 1024
eencae 0:a497562bb2f9 23 #define SAMP_FREQ 10000
eencae 0:a497562bb2f9 24
eencae 1:7c6c1f98b8f5 25 short samples[BUF_LEN]; // store the values read from ADC
eencae 0:a497562bb2f9 26 short mx[BUF_LEN*2]; // input data 16 bit, 4 byte aligned x0r,x0i,x1r,x1i,....
eencae 0:a497562bb2f9 27 short my[BUF_LEN*2]; // output data 16 bit,4 byte aligned y0r,y0i,y1r,y1i,....
eencae 1:7c6c1f98b8f5 28 float spectrum[BUF_LEN/2]; // frequency spectrum
eencae 1:7c6c1f98b8f5 29
eencae 1:7c6c1f98b8f5 30 char buffer[14]; // screen buffer
eencae 0:a497562bb2f9 31
eencae 0:a497562bb2f9 32 int main()
eencae 0:a497562bb2f9 33 {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 34 // initialise LCD and display welcomes message
eencae 1:7c6c1f98b8f5 35 lcd.init();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 36 lcd.printString("Audio FFT",14,0);
eencae 1:7c6c1f98b8f5 37 lcd.printString("Analyser",20,1);
eencae 1:7c6c1f98b8f5 38 lcd.printString("Craig A. Evans",0,4);
eencae 0:a497562bb2f9 39 serial.baud(115200);
eencae 0:a497562bb2f9 40 leds = 15;
eencae 1:7c6c1f98b8f5 41 wait(2.0); // short pause to allow coupling capacitor to charge
eencae 0:a497562bb2f9 42 leds = 0;
eencae 1:7c6c1f98b8f5 43 lcd.clear();
eencae 0:a497562bb2f9 44
eencae 0:a497562bb2f9 45 while(1) {
eencae 0:a497562bb2f9 46
eencae 1:7c6c1f98b8f5 47 updateSamples(); // read in new analog values
eencae 1:7c6c1f98b8f5 48 ledBarGraph(); // display amplitude bar graph on LEDs from sample values
eencae 1:7c6c1f98b8f5 49 doFFT(); // calc FFT
eencae 1:7c6c1f98b8f5 50 lcdEqualiser(); // plot spectrum on LCD
eencae 1:7c6c1f98b8f5 51
eencae 0:a497562bb2f9 52 //printSpectrum();
eencae 0:a497562bb2f9 53 //printSamples();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 54 //int tone = calcPeakFrequency(); // calculate peak frequcny and send over serial for debug
eencae 1:7c6c1f98b8f5 55 //serial.printf("f = %u\n",tone);
eencae 1:7c6c1f98b8f5 56
eencae 1:7c6c1f98b8f5 57 wait_ms(100); // update display 100 ms
eencae 0:a497562bb2f9 58
eencae 0:a497562bb2f9 59 }
eencae 0:a497562bb2f9 60 }
eencae 0:a497562bb2f9 61
eencae 1:7c6c1f98b8f5 62 void ledBarGraph()
eencae 0:a497562bb2f9 63 {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 64 float rms = 0.0; // initialse array
eencae 0:a497562bb2f9 65 for (int i = 0; i < BUF_LEN; i++) {
eencae 0:a497562bb2f9 66 rms+= samples[i]*samples[i];
eencae 0:a497562bb2f9 67 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 68 // calc the sum of the squares
eencae 1:7c6c1f98b8f5 69
eencae 1:7c6c1f98b8f5 70 rms/=BUF_LEN; // get the mean
eencae 1:7c6c1f98b8f5 71 rms = sqrt(rms); // and root to get the RMS
eencae 0:a497562bb2f9 72 rms/= 16384.0; // scale according to 16-bit signed maximum value
eencae 0:a497562bb2f9 73
eencae 1:7c6c1f98b8f5 74 // check value and update LEDs to show amplitude
eencae 0:a497562bb2f9 75 if (rms > 0.8) {
eencae 0:a497562bb2f9 76 leds = 15;
eencae 0:a497562bb2f9 77 } else if (rms > 0.6) {
eencae 0:a497562bb2f9 78 leds = 7;
eencae 0:a497562bb2f9 79 } else if (rms > 0.4) {
eencae 0:a497562bb2f9 80 leds = 3;
eencae 0:a497562bb2f9 81 } else if (rms > 0.2) {
eencae 0:a497562bb2f9 82 leds = 1;
eencae 0:a497562bb2f9 83 } else {
eencae 0:a497562bb2f9 84 leds = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 85 }
eencae 0:a497562bb2f9 86
eencae 1:7c6c1f98b8f5 87 //serial.printf("RMS = %f\n",rms);
eencae 0:a497562bb2f9 88 }
eencae 0:a497562bb2f9 89
eencae 0:a497562bb2f9 90 float magnitude(short y1, short y2)
eencae 0:a497562bb2f9 91 {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 92 return sqrt(float(y1*y1+y2*y2)); // pythagoras
eencae 0:a497562bb2f9 93 }
eencae 0:a497562bb2f9 94
eencae 0:a497562bb2f9 95 void updateSamples()
eencae 0:a497562bb2f9 96 {
eencae 0:a497562bb2f9 97 for (int i = 0; i < BUF_LEN; i++) {
eencae 0:a497562bb2f9 98 samples[i] = (short) (audio.read_u16() - 0x8000); // read unsigned 16-bit and convert to signed 16-bit (subtract 32768)
eencae 1:7c6c1f98b8f5 99 wait_us(1e6/SAMP_FREQ); // wait for sampling frequency, should really implement with tickers
eencae 0:a497562bb2f9 100 }
eencae 0:a497562bb2f9 101 }
eencae 0:a497562bb2f9 102
eencae 0:a497562bb2f9 103 void doFFT()
eencae 0:a497562bb2f9 104 {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 105 // clear buffers
eencae 0:a497562bb2f9 106 for (int i=0; i<2*BUF_LEN; i++) {
eencae 0:a497562bb2f9 107 my[i] = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 108 mx[i] = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 109 }
eencae 0:a497562bb2f9 110
eencae 1:7c6c1f98b8f5 111 for (int i=0; i<BUF_LEN; i++) { // load samples in array (skip imaginary input values)
eencae 0:a497562bb2f9 112 mx[i*2]=samples[i];
eencae 0:a497562bb2f9 113 }
eencae 0:a497562bb2f9 114
eencae 0:a497562bb2f9 115 fftR4(my, mx, BUF_LEN); // call FFT routine
eencae 0:a497562bb2f9 116
eencae 0:a497562bb2f9 117 int j = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 118 for (int i = 0; i < BUF_LEN; i+=2) {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 119 spectrum[j] = magnitude(my[i],my[i+1]); // get magnitude of FFT output to get spectrum data
eencae 0:a497562bb2f9 120 j++;
eencae 0:a497562bb2f9 121 }
eencae 0:a497562bb2f9 122 }
eencae 0:a497562bb2f9 123
eencae 0:a497562bb2f9 124 void printSpectrum()
eencae 0:a497562bb2f9 125 {
eencae 0:a497562bb2f9 126 FILE *fp = fopen("/local/fft.csv","w");
eencae 0:a497562bb2f9 127 //now write a CSV file to filesytem of frequency vs amplitude
eencae 0:a497562bb2f9 128 int j = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 129 for (int i = 0; i < BUF_LEN; i+=2) {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 130 int frequency = int(SAMP_FREQ/BUF_LEN/2*i); // calculate value of frequency bin
eencae 0:a497562bb2f9 131 fprintf(fp, "%d,%f\n", frequency, spectrum[j]);
eencae 0:a497562bb2f9 132 j++;
eencae 0:a497562bb2f9 133 }
eencae 0:a497562bb2f9 134 fclose(fp);
eencae 0:a497562bb2f9 135 }
eencae 0:a497562bb2f9 136
eencae 0:a497562bb2f9 137 void printSamples()
eencae 0:a497562bb2f9 138 {
eencae 0:a497562bb2f9 139 FILE *fp = fopen("/local/samples.csv","w");
eencae 0:a497562bb2f9 140 //now write a CSV file to filesytem of frequency vs amplitude
eencae 0:a497562bb2f9 141 for (int i = 0; i < BUF_LEN; i++) {
eencae 0:a497562bb2f9 142 fprintf(fp, "%d\n", samples[i]);
eencae 0:a497562bb2f9 143 }
eencae 0:a497562bb2f9 144 fclose(fp);
eencae 0:a497562bb2f9 145 }
eencae 0:a497562bb2f9 146
eencae 0:a497562bb2f9 147 int calcPeakFrequency()
eencae 0:a497562bb2f9 148 {
eencae 0:a497562bb2f9 149 float max = 0.0;
eencae 0:a497562bb2f9 150 int frequency = 0;
eencae 0:a497562bb2f9 151 int j = 0;
eencae 1:7c6c1f98b8f5 152 for (int i=0; i<BUF_LEN; i+=2) { // loop through spectrum and look for maximum value
eencae 0:a497562bb2f9 153 if (spectrum[j] > max) {
eencae 0:a497562bb2f9 154 max = spectrum[j];
eencae 1:7c6c1f98b8f5 155 frequency = int(SAMP_FREQ/BUF_LEN/2*i);
eencae 0:a497562bb2f9 156 }
eencae 0:a497562bb2f9 157 j++;
eencae 0:a497562bb2f9 158 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 159 //serial.printf("Max = %f\n",max);
eencae 0:a497562bb2f9 160 return frequency;
eencae 1:7c6c1f98b8f5 161 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 162
eencae 1:7c6c1f98b8f5 163 void lcdEqualiser()
eencae 1:7c6c1f98b8f5 164 {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 165 // spectrum has BUF_LEN/2 values = 512
eencae 1:7c6c1f98b8f5 166 // screen has 84 pixel, giving 6 spectrum points per pixel
eencae 1:7c6c1f98b8f5 167
eencae 1:7c6c1f98b8f5 168 float max = 0.0; // used for normalisation later
eencae 1:7c6c1f98b8f5 169
eencae 1:7c6c1f98b8f5 170 float pixelValue[84];
eencae 1:7c6c1f98b8f5 171
eencae 1:7c6c1f98b8f5 172 for (int i=0; i<84; i++) { // loop through array
eencae 1:7c6c1f98b8f5 173 pixelValue[i] = 0.0;
eencae 1:7c6c1f98b8f5 174
eencae 1:7c6c1f98b8f5 175 for (int y=0; y<6; y++) {
eencae 1:7c6c1f98b8f5 176 pixelValue[i] += spectrum[i*6+y]; // sum the 6 values in the spectrum
eencae 1:7c6c1f98b8f5 177 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 178 pixelValue[i]/=6; // calc. average for that pixel
eencae 1:7c6c1f98b8f5 179
eencae 1:7c6c1f98b8f5 180 if (pixelValue[i] > max) // check for biggest value
eencae 1:7c6c1f98b8f5 181 max = pixelValue[i];
eencae 1:7c6c1f98b8f5 182 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 183
eencae 1:7c6c1f98b8f5 184 for (int i=0; i<84; i++) { // loop through array
eencae 1:7c6c1f98b8f5 185 pixelValue[i]/=max; // normalise to 1.0
eencae 1:7c6c1f98b8f5 186 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 187
eencae 1:7c6c1f98b8f5 188 lcd.clear();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 189 for (int i=0; i<84; i++) { // loop through array
eencae 1:7c6c1f98b8f5 190 for (int j=0; j<= 47 - int(pixelValue[i]*47.0); j++) { // loop through array
eencae 1:7c6c1f98b8f5 191 lcd.setPixel(i,j); // draw bar graphs for spectrum bins
eencae 1:7c6c1f98b8f5 192 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 193 }
eencae 1:7c6c1f98b8f5 194 lcd.refresh();
eencae 1:7c6c1f98b8f5 195
eencae 0:a497562bb2f9 196 }