音频信号分析仪课程设计

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1、 摘要：摘要： 本音频信号分析仪由 32 位 MCU 为主控制器，通过 AD 转换，对音频信号进行 采样，把连续信号离散化，然后通过 FFT 快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号各个 频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过高分辨率的 LCD 对信号的频谱进行显 示。 该系统能够精确测量的音频信号频率范围为 20Hz-10KHz， 其幅度范围为 10mVpp-5Vpp， 分辨力分为 20Hz 和 100Hz 两档。测量功率精确度高达 1%,并且能够准确的测量周期信号的 周期，是理想的音频信号分析仪的解决方案。 关键词关键词： FFT MCU 频谱 功率 目录目录 1 1 方案论证与比

2、较方案论证与比较3 1.1 采样方法方案论证 . 3 1.2 处理器的选择方案论证 错误错误!未定义书签。未定义书签。 1.3 周期性判别与测量方法方案论证.错误错误!未定义书签。未定义书签。 2 2 系统设计系统设计 .5 2.1 总体设计 . 5 2.2 单元电路设计 5 2.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计 .5 2.2.2 AD转换及控制模块电路设计 .6 2.2.3 功率谱测量单元电路设计 6 3 3 软件设计软件设计 .7 4 4 系统测试系统测试.8 5 5 结论结论 9 参考文献：参考文献： .9 附录：附录： 9 附 1：元器件明细表： 9 附 2：仪器设备清单 9 附 3

3、：电路图图纸. 10 附 4：程序清单 . 11 1 方案论证与比较方案论证与比较 1.1 采样方法比较与选择 方案一、 用 DDS 芯片配合 FIFO 对信号进行采集， 通过 DDS 集成芯片产生一个频率稳 定度和精度相当高的信号作为 FIFO 的时钟，然后由 FIFO 对 A/D 转换的结果进行采集和存 储，最后送 MCU 处理。 方案二、直接由 32 位 MCU 的定时中断进行信号的采集，然后对信号分析。 由于 32 位 MCU -LPC2148 是 60M 的单指令周期处理器，所以其定时精确度为 16.7ns, 已经远远可以实现我们的 40.96KHz 的采样率，而且控制方便成本便宜，

4、所以我们选择由 MCU 直接采样。 1.2 处理器的比较与选择 系统方案一：基于 ARMST710 的专用芯片的体统方案。基于 ARM ST710 音频频谱分析 仪系统原理图如下 信号输入信号输入 该方案采用 DSP 专用芯片 ARM ST710 进行控制和 FFT 计算，速度快，且具有波形存储和 处理后的波形可以重放功能。还配有输出接口与示波器销量。可以从时域和频域观察波形， 非常直观、实用。 系统方案四： 基于单片机 C8051F060+FPGA 构成信号分析仪， 该系统原理方框图如图所示。 单片机 C8051F060 独立完成 4096 点 FFT 运算和信号的失真度分析。虽然这种方案在速度上 不及采用专用 DPS 芯片快，但采用优化的 FFT，并将优化后的 FFT 再单片机内做实验，利用 外扩的 128KB RAM 运算 4096 点 FFT 计算幅度谱，利用 FPGA 进行测频和控制。其运算时间也 不超过 4S。能够达到设计要求。 LCD 接口 LCD SRAM FLASH SDCard SDCard 接口 USB 接口 ADC DAC MCU ARMSTTIO 信号输入