硬件课程设计报告-华中科技大学电工电子试验示范中心.PDF

基于DSP5402 的频谱分析仪设计 硬件课程设计报告 课 题： 频谱分析仪设计 组 员：黄翘磊 提高0901 U200914500 任世伟 提高0901 U200914766 陈雷 提高0901 U200913674 指导老师：王莹 课设评价： 课设成绩： 课程名称：简易频谱分析仪 【摘要】 信号在频域中表示的波形称为信号的频谱，对信号进行频域分析，这对理 解信号含义、正确处理信号具有重要的辅助作用。但现有的频谱分析仪一般价格 昂贵。本课程设计实现一种功能相对简单但价格相对低廉，使用更加方便的简易 频谱分析仪，以满足需要。我们以TMS320C5402 为主要的DSP 芯片，对音频编解 码芯片TLV320AIC23 采样音频信号得来的数据计算FFT，得到输入信号的频谱数 据，并对频谱数据用UDP 协议通过网线传送到电脑上加以显示。项目分为三大块。 （1） 利用TLV320AIC23 音频编解码芯片，采样频率为88.2KHz，对输入的音频 信号进行16bit 的采样， 将采样结果存在缓存中。 （2） 读取缓存中的采样数据，FFT 算法用TI 公司提供的TMS320C5402 芯片来 实现，本项目可以实现1024 点的FFT 运算。 （3） 用网线将电脑与TMS320C5402 开发板相连，利用UDP 协议，在电脑上捕获 DSP 芯片FFT 后得到频谱数据，并加以实时显示。 【关键词】音频解码，FFT ，频谱，UDP 0 引言 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱 纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等 电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、 跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现 代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频 到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器， 具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。 频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性。频谱分 析仪依信号处理方式的不同，一般有两种类型；即时频谱分析仪与扫描调谐频谱 分析仪。即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅，其工作原理 是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器，再经由同步的多工扫描器 将信号传送到CRT 或液晶等显示仪器上进行显示，其优点是能显示周期性杂散波 的瞬间反应，其缺点是价昂且性能受限于频宽范围，滤波器的数目与最大的多工 交换时间。最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪，其基本结构类似超外差 式接收器，工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器，可调变的本地振荡 器经与CRT 同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，经混波器与输 入信号混波降频后的中频信号（IF）再放大，滤波与检波传送到CRT 的垂直方向 板，因此在CRT 的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系。影响信号反应的重要部 份为滤波器频宽，滤波器之特性为高斯滤波器，影响的功能就是量测时常见到的 解析频宽（RBW,ResolutionBandwidth).在频谱测量中，适当的RBW 宽度是正确 使用频谱分析仪重要的概念。 现代频谱分析仪基于快速傅里叶变换(FFT），通过傅里叶运算将被测信号 分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果，。这种新型的频谱 分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器（ADC）对输入信号取样,再经 FFT 处理后获得频谱分布图。在这种频谱分析仪中，为获得良好的仪器线性度和高分 辨率，对信号进行数据采集时 ADC 的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍。 FFT 的性能用取样点数和取样率来表征，例如用 100KHz 的取样率对输入信号取 样 1024 点，则最高输入频率是50KHz 和分辨率是100Hz。如果取样点数为2048 点，则分辨率提高到 50Hz。由此可知，最高输人频率取决于取样率，分辨率取 决于取样点数。FFT 运算时