07年A题实验报告(音频信号分析仪).doc

2007年全国大学生电子设计竞赛 【本科组】 音频信号分析仪（A题）  摘 要：本音频信号分析仪由8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100Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp。 关键词： 快速傅里叶变换 功率谱 频谱 Abstract:The audio signal analyzer is based on a 8-bit MCU controller, through the AD converter for audio signal sampling, the continuous signal discrete, and then through the FFT fast Fourier transform computing, in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing, and then through the LCD display signals in the spectrum. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 100Hz-10KHz, the range of 100mVpp-5Vpp . Key Word：  目录 摘 要： 1 1. 系统设计 1 1.1设计要求 1 1.1.1设计任务 1 1.1.2技术指标 1 1.2方案比较与选择 2 1.2.1采样方法比较与选择 2 1.2.3信号功率计算方案比较 3 1.3方案论证 3 2.单元电路设计及参数计算 3 2.1前级阻抗匹配和放大电路设计 3 2.2抗混叠低通滤波器设计 5 3. 软件设计 6 3.1程序总体流程图 6 3.2程序清单（见附录2） 6 4.系统测试 6 4.1测试仪器 6 4.2测试结果 7 5. 结束语 7 参考文献 7 附录 8 附录1 主要元器件清单 8 附录2 程序清单 8 系统设计 1.1设计要求 1.1.1设计任务 设计制作一个输：Ω 输：～输：～ 频率分辨力： 检测输 扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。 输：～输其。 1.2方案比较与选择 1.2.1采样方法比较与选择 方案一：采用DDS芯片 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：采用单片机 直接由MCU的定时中断进行信号的采集，然后对信号分析。C8051F020的单指令周期为90ns，可实现25.6KHz的采样率，且控制方便成本便宜。 经比较，选用方案二，用单片机进行信号采样。 1.2.2周期性判别与测量方法的比较与选择 方案一：时域测量 在时域分析信号，我们可以先对信号进行处理，然后假定具有周期性，然后测出频率，把采样的信号进行周期均值法和定点分析法的分析后即可以判别出其周期性。 方案二： 方案二：在用FFT得到信号的频谱后根据帕斯瓦尔定律可以很方便的得到信号各频率分量的功率及信号的总功率。 本设计中我们可以通过FFT得到信号的频谱，因此选用方案二。 1.3方案论证 音频信号经过一个由运放和电阻组成的50 ?阻抗匹配网络后，经由多路放大模块进行处理，若是一般的1Vpp-5Vpp的电压，我们选择直通，也就是说信号放大倍数为1；在250mVpp-1Vpp之间的话，信号经过4倍增益的放大器后再进行A/D采样；在50mVpp-250Vpp之间的话，信号经过20倍增益的放大器后再进行A/D采样；在10mVpp-50Vpp之间的话，信号经过100倍增益的放大器后再进行A/D采样。 经过单片机12位的ADC0转换后的数字信号经由MCU进行FFT变换和处理，分析其频谱特性和各个频率点的功率值，运算出来后将频率值、功率值、失真度送至液晶屏进行显示。