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FreeRTOS多任务数字信号处理与频谱分析系统.docx
资料介绍
FreeRTOS 多任务数字信号处理与频谱分析系统
实验说明
实验概述
数字信号处理（DSP）是嵌入式系统中的重要应用领域，涉及信号的采集、滤波、变换和分析。频谱分析是 DSP 的核心功能之一，通过快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域信号，识别信号的频率成分。本实验设计一个基于 FreeRTOS 的多任务数字信号处理与频谱分析系统，实现信号的实时采集、加窗处理、FFT 变换和频谱显示。
实验原理
频谱分析系统的核心是 FFT 算法，它将时域信号转换为频域信号。本实验使用 256 点 FFT 对模拟信号进行分析，采样率为 1000Hz，可分析的频率范围为 0~500Hz，频率分辨率为约 3.9Hz。系统包含四个任务：信号采集任务以固定采样率生成模拟信号（包含基波和谐波分量），通过队列发送到 FFT 处理任务。FFT 处理任务接收采样数据，在数据帧上应用汉宁窗函数减少频谱泄漏，然后执行 FFT 变换，计算各频率分量的幅度。频谱分析任务对 FFT 结果进行后处理，识别主要频率分量（峰值检测），计算信噪比和总谐波失真。结果显示任务将频谱数据格式化输出，模拟频谱显示。本实验实现了基-2 时间抽取 FFT 算法的简化版本，支持 256 点复数 FFT 变换。汉宁窗函数用于减少频谱泄漏，公式为 w[n] = 0.5 * (1 - cos(2πn/N))。峰值检测算法通过比较相邻频谱点的幅度识别主要频率分量。
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