首先，微處理器被編程為80MHz Olimex PIC32，焊接到PIC32-PINGUINO-OTG開(kāi)發(fā)板。（對(duì)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(kù)）算法必須以固定的時(shí)間間隔對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域，并可視化檢測(cè)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(guò)對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)用離散傅里葉變換（DFT），在信號(hào)處理中始終完成這一事情。給定以恒定頻率采樣的信號(hào)，DFT輸出一組落在信號(hào)中的幅度或頻帶。例如，當(dāng)您的信號(hào)主要由中間C（或Do）音調(diào)組成時(shí)，DFT將為頻帶分配相對(duì)較高的幅度并匹配相應(yīng)的262 Hz頻率。

然而，人耳以對(duì)數(shù)方式感知聲音，這意味著聲音信號(hào)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(jiǎn)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(lái)看，3DSA所需的算法非常簡(jiǎn)單：以規(guī)則的時(shí)間間隔對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)16個(gè)頻帶應(yīng)用CQT計(jì)算幅度，并使16個(gè)LED列中的每一個(gè)適當(dāng)?shù)亻W爍。鑒于Pinguino開(kāi)發(fā)板支持C，我們假設(shè)實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法不會(huì)那么難。但是，總會(huì)出現(xiàn)一些挑戰(zhàn)：

第一個(gè)障礙：如果您只有一個(gè)線程，您如何定期采樣信號(hào)？一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)時(shí)間段已經(jīng)過(guò)去，然后再開(kāi)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(gè)時(shí)鐘周期來(lái)計(jì)算CQT。這證明是不夠的 - 最后我們?yōu)槊總€(gè)計(jì)算 - 可視化周期使用了~1M個(gè)時(shí)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(shí)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(jí)的代碼，并由處理器以指定的時(shí)間間隔執(zhí)行。由于Pinguino開(kāi)發(fā)人員沒(méi)有為PIC32上的中斷提供C庫(kù)，因此我們必須通過(guò)將某些處理器位設(shè)置為正確值來(lái)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)此功能。成長(zhǎng)為Java程序員后，我?guī)缀蹩梢愿惺艿酱a中的硅片

另一個(gè)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(huì)使代碼減慢一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(gè)問(wèn)題，我們使用了一個(gè)臨時(shí)的定點(diǎn)數(shù)字格式，使用了10個(gè)小數(shù)位。這是一個(gè)復(fù)雜的乘法，但完成了工作。