音频信号分析仪论文

《音频信号分析仪论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、音频信号分析仪(A题)摘要本作品基于快速离散傅里叶(FFT)技术，以FPGA为高速数据处理器件，以单片机为主要控制器件，由信号调理模块、有效值检测模块、A/D采样模块和FFT算法处理模块等构成。其中信号调理部分由程控放大器和抗混叠低通滤波器组成，实现信号的前期处理。本系统在FPGA内完成了4096点20位定点FFT计算，能精确测量频率范围在10Hz-10kHz，电压范围在16mVpp~10Vpp的输入信号的功率及总功率，频率分辨率可达10Hz，能分析信号的失真度，判断信号的周期性，并测量其周期。此外，系

2、统还具有存储回放和显示测量结果等功能。关键词：FPGAFFT频率功率AbstractThesystembasedonmicroprocessorusesFPGAtocarryoutFFTalgorithminordertoanalysetheaudiosignal.Itcontainsasignalconditioningmodule,AD637detectormodule,A/DsamplingmoduleandtheFFTalgorithmprocessingmodule.Thesignalcond

3、itioningconsistsofprogram-controlledamplifierandlow-passfiltertoachievesignalpreprocessing.Thesystemuses20-bitfixed-point4096-pointFFTcalculation,totheaccuratemeasurementofthefrequencyrange10-10kHz,theamplituderangeof100mVpp~10Vpptheinputsignalpowerandto

4、talpower,frequencyresolutionupto10Hz,andanalysisofsignaldistortiondegrees,todeterminetheperiodicsignal,andmeasureitscycle.Inaddition,thesystemalsohasastorageplaybackanddisplayfeaturessuchasmeasurementresults.一、系统方案论证与比较1.方案比较与选择(1)总体方案比较与选择　　系统核心在于对信号进行频

5、谱分析，从而实现功率谱、失真度等参数测量。方案一：扫频外差法。将输入信号和扫频本振产生的信号混频，使变频后信号不断移入窄带滤波器，进而逐个选出被测频谱分量。这种方法的优点是扫频范围大，但对硬件电路要求较高，分辨率不高，难以满足题目要求。方案二：多通道数字滤波器并行分析法。输入信号经由A/D采样之后，并行输入给多个带通数字滤波器，以选出各个频率分量。该方法受到数字器件资源的限制，难以设置足够多的数字滤波器，从而无法实现高分辨率和高扫描宽度。方案三：FFT分析法。在有限时间T内对信号进行采样，作FFT运算将

6、时域信号变为频域信号，以获得频率和功率等信息。该方法硬件电路简单，实现方便，但受ADC速度的限制，测量范围有限。考虑到本题只要求测量20Hz~10kHz音频信号的频率成分，可以实现此方案。8考虑到方案三硬件电路简单，容易实现，可靠性高，且满足题目要求，故综合考虑选择方案三。(2)放大器方案比较与选择方案一：使用模拟开关或继电器配合运放实现。通过模拟开关或继电器切换不同反馈电阻来调节放大倍数。该方法优点是动态范围大，但它由分立元件构成，电路复杂，温漂大。方案二：采用压控放大器实现，由DAC输出可变电压控制

7、放大器。一方面，由于DAC有量化误差，放大倍数不能准确控制。另一方面，由于控制电压易受外界干扰，难以保持稳定。另外，其性价比不高。方案三：采用DAC配合运放实现。将DAC内部可变的电阻网络作为运放的反馈电阻，实现增益可调。该方法精度高，电路简单可靠，性价比高。考虑到性价比以及本题目对精度的要求，选择方案三。2.总体方案描述系统框图如图1-1所示。输入信号通过程控放大器调整到ADC的输入范围，经过抗混叠低通滤波器后，信号分为两路。一路由AD637进行有效值检测，其模拟量输出经A/D转换为数字量，由FPGA

8、送往MSP430进行总功率的计算；另一路由ADC进行同步采样，送往FPGA中做FFT运算，将运算结果送到MSP430单片机，进行功率谱、失真度等各项指标的计算，并将处理结果实时显示出来。图1-1系统原理框图二、理论分析与计算1.A/D量化噪声分析设A/D位数为N，其量化误差为LSB,转换电压范围为,系统输入信号为。则可假定A/D引入的量化误差是零均值、在-Q/2和Q/2之间随机均匀分布的，量化噪声的均方值为：(1-1)量化后噪声的平均功率为