信号频谱分析开题报告

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1、毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：基于FPGA的信号频谱分析仪设计与实现信息工程电气工程机器自动化系别：_________________________丁举龙专业：_________________________郭耀华姓　名：_________________________郭耀华指导教师：_________________________辅导教师：_________________________2012年03月07日题目类型（打√选择）设计（√）论文（）一、文献综述在现实生活中对于信号进行频谱分析具有重要的意义。通过对信号频谱的分析，可以得到信号的频率结

2、构，了解信号的频率成分或系统的特征。在此基础之上，可实现对信号的跟踪控制，从而实现对系统状态的早期预测，发现潜在的危险并诊断可能发生故障的原因，对系统参数进行识别及校正。因此，频谱分析是揭示信号特征的重要方法，也是处理信号的重要手段。这些方法和手段己经广泛地应用于通信、雷达、地震、声纳、生物医学、物理、化学、音乐、经济等领域。而进行频谱分析的仪器就是频谱分析仪，它能自动分析电信号并在整个频谱上显示出全部频率分量情况，确定一个变化过程(称为信号)的频率成分，以及各频率成分之间的相对强弱关系。信号的频谱分析不仅在现实生活中具有重要的意义，同样在教学过程中也是不可或缺的，由于

3、频谱分析仪价格昂贵，高等院校只是少数实验室配有频谱仪。但电子信息类教学，如果没有频谱仪辅助观察，学生只能从书本中抽象理解信号特征，严重影响教学实验效果。目前看来信号频谱的分析与实现的方案主要有基于FPGA同时结合DSP技术或者是单片机技术等。其显示主要有通过示波器或者LCD或者VGA等。目前主要设计方案如下：比如文献3采用了单片机C8051和FPGA，外加高速A/D转换器设计一种简易的频谱分析仪。该系统主要包括信号采集、频谱搬移、数字滤波、数字FF和LCD显示。文献6则采用基于FFT的方案，采用NIOSⅡ软件核作为CPU，以FPGA，LCD，DDS芯片和AD芯片以及一些

4、外围电路组成系统，完成信号采集，数据分析，FFT变换,，对连续性周期和非周期信号的频谱分析，然后直接在LCD上显示信号的频谱特性曲线。文献7采用外差式原理，以单片机为核心，辅助以FPGA等设计并实现频谱分析。扫频信号采用DDS信号合成技术和倍频来获得,通过AD转换器对取真有效值后的中频信号进行采样并存入FPGA，单片机对数据进行处理后再通过FPGA将频谱图显示在示波器上。文献8介绍了一种基于FPGA信号的采集及其频谱的分析和显示方法。FPGA集成了A/DC控制驱动模块、FFT运算模块和VGA控制驱动模块。通过以上文献分析，主要采用3种方法实现信号的频谱分析:采用通用数字

5、信号处理芯片实现、采用专用FFT芯片+DSP芯片实现和采用FPGA实现。DSP存在着精度与速度的矛盾,而FPGA除具有逻辑时序控制的优势外,还因其可实现大量的乘法器和存储器而具有运算能力强的优势。FPGA（Field－ProgrammableGateArray）是一类高集成度的可编程逻辑器件，起源于美国的XILINX公司，经过二十多年的发展FPGA发展不断完善而且日趋成熟。FPGA结合了微电子技术、电路技术、EDA技术，使设计者可以集中精力进行所需逻辑功能的设计。与专用集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedcircuit）相比，FP

6、GA具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势。FPGA是现场可编程门阵列的简称。之所以赋予这个名字，一方面是因为FPGA可以由编写代码的方法实现复杂的逻辑电路，另一方面因为其内部本身是由规则的逻辑阵列组成，非常类似一个由门阵列构成的阵列。本次设计就是在FPGA的基础上实现信号的频谱分析。一、设计（论文）主要内容设计内容为以FPGA为核心器件，采用AD转换器对外部0~10MHZ信号进行数据采集，将采集到的数据通过串口与上位机进行通信，在上位机中应用虚拟仪器设计频谱分析仪，对采集的信号进行频谱分析和显示。设计要求：（1）熟练使用设计所依赖的软件开发平台，熟悉VHDL语

7、言；（2）熟悉信号频谱分析理论，编写程序实现对采集信号的频谱分析；（3）编写串口数据传输程序，实现FPGA与上位机之间的数据通信；（4）熟悉LABVIEW语言，在上位机设计分析仪实现信号频谱分析和显示；三、设计（研究）方案设计方案如图一所示输入模拟电压信号，通过A/D转换器转化成数字信号，然后传到FPGA进行处理，进行存储后传到上位机中，在上位机中应用虚拟仪器中编写程序完成FFT算法，再传送到FPGA中处理，然后通过虚拟仪器在显示器上显示出来。A/D转换器计算机显示器虚拟仪器实现FFT算法图一系统设计总体思路框图数据发送控制器双向RAM数