全国电子设计大赛一等奖论文

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1、题目名称：音频信号分析仪（A题）华南理工大学电子与信息学院参赛队员：陈旭张洋林士明摘要：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5mVpp-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

2、信号分析仪的解决方案。关键词：FFTMCU频谱功率Abstract:Theaudiosignalanalyzerisbasedona32-bitMCUcontroller,throughtheADconverterforaudiosignalsampling,thecontinuoussignaldiscrete,andthenthroughtheFFTfastFouriertransformcomputing,inthetimedomainandfrequencydomainofthevariousaudiofreq

3、uencysignalweightandpower,andotherindicatorsforanalysisandprocessing,andthenthroughthehigh-resolutionLCDdisplaysignalsinthespectrum.Thesystemcanaccuratelymeasuretheaudiosignalfrequencyrangeof20Hz-10KHz,therangeof5-5VppmVpp,resolutionof20Hzand100Hzcorrespondent.P

4、owermeasurementaccuracyupto1%,andbeabletoaccuratelymeasuringtheperiodicsignalcycleistheidealaudiosignalanalyzersolution.Keyword:FFTMCUSpectrumPower1方案论证与比较31.1采样方法方案论证31.2处理器的选择方案论证31.3周期性判别与测量方法方案论证32系统设计42.1总体设计42.2单元电路设计52.2.1前级阻抗匹配和放大电路设计52.2.2AD转换及控制模块电路设计6

5、2.2.3功率谱测量单元电路设计63软件设计74系统测试85结论9参考文献：9附录：9附1：元器件明细表：9附2：仪器设备清单9附3：电路图图纸10附4：程序清单111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

6、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，所以我们选择由MCU直接采样。1.2处理器的比较与选择LCD系统方案一：基于ARMST710的专用芯片的体统方案。基于ARMST710音频频谱分析仪系统原理图如下信号输入LCD接口ADCDACSRAMMCUARMSTTIOFLASHSDCard接口USB接口SDCard该方案采用DSP专用芯片ARMST710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

7、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128KBRAM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。FPGA点阵液晶字符液晶测频电路信号预处理128KBRAMC8051F060PC键盘DMAADC0信号

8、输入整形信号最终方案选择：由于快速傅立叶变换FFT算法设计大量的浮点运算，由于一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，所以采用普通的8位MCU一般难以在一定的时间内完成运算，所以综合内存的大小以及运算速度，我们采用Philips的32位的单片机LPC2148，它拥有32K的RAM，并且时钟频率高达60M，