基于fpga的音频信号分析仪

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1、基于FPGA的音频信号分析仪设计AudiosignalanalyzerbasedonFPGA中国地质大学（北京）指导教师张启升组员：李金泽1010102124张永10101021202013.5.10I音频信号分析仪摘要：本音频信号分析系统由16位TLV320主控制器，通过IIS对音频信号进行采集，把采集到的信号进行离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号的各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过LabView的波形图表进行显示。系统能够精确测量的音频信号频率范围为

2、200Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp，分辨力为100Hz。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，是理想的音频信号分析处理的解决方案。Abstract:theaudiosignalanalysissystemconsistsof16maincontrollerTLV320,throughtheIIScollectionofaudiosignal,thediscretizationofthecollectedsignal,andthenthroughtheF

3、FTfastFouriertransform,theanalysisandprocessingofeachfrequencycomponentofanaudiosignalandpowerindexintimedomainandfrequencydomain,andthenthroughthewaveformchartLabViewdisplay.Thesystemiscapableofaudiosignalfrequencyrangeforaccuratemeasurementofthe200H

4、z-10KHz,itsrangeis100mVpp-5Vpp,resolutionis100Hz.Powermeasurementaccuracyupto1%,andiscapableofaccuratelymeasuringtheperiodicsignalcycle,istheidealsolutionaudiosignalanalysisandprocessing.目录1系统设计11.1总体设计11.2单元电路设计21.2.1信号产生21.2.2信号采集及AD转换电路设计21.2.3功率谱测

5、量21.2.4FIFO模块41.2.5Labview显示部分41.2.6Nios核52软件设计53系统测试63.1总功率测量（室温条件下）63.2单个频率分量测量（室温条件下）64结论65个人感想7参考文献：7附录：7程序清单71系统设计1.1总体设计本实验是基于FPGA的音频信号分析仪，输入信号通过AudioSweepGen控制pc由耳麦输出接口给出，由FPGA音频信号输入接口接收，音频信号进入FPGA后，通过IIS对音频信号进行采集，把采集到的信号进行离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在

6、时域和频域对音频信号的各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过LabView的波形图表进行显示。系统能够精确测量的音频信号频率范围为200Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp，分辨力为100Hz。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，是理想的音频信号分析处理的解决方案。总体设计框图硬件总体结构131.2单元电路设计1.2.1信号产生可以控制产生正弦或者方波形式的音频信号，对频率等一下属性进行控制输出。1.2.2信号采集及AD转换电路设计采用16位TL

7、V320芯片内的IIS模块进行转换，将转换的数据传送到FFT模块进行处理。1.2.3功率谱测量功率谱测量主要通过对音频信号进行离散化处理，通过FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率值，然后得到离散化的功率谱。13由于题目要求频率分辨力100Hz，这说明在进行FFT运算前必须通过调整采样频率(fK)和采样的点数(N),使其基波频率f为100Hz。根据频率分辨率与采样频率和采样点数的关系：f=fk/N;可以得知，fk=N*f;又根据采样定理，采样频率fk必须不小于信号频率fm的2倍，即：fk>=2f

8、m;题目要求的最大频率为10KHz，所以采样频率必须大于20KHz，考虑到FFT运算在2的次数的点数时的效率较高，所以我们选择100KHz采样率，采集1024个点。通过FFT分析出不同的频率点对应的功率后，就可以画出其功率谱，并可以在频域计算其总功率。（1）FFT模块主要是对已经离散化的数据进行FFT转换，实现时域到频域的变换，进而能够处理和分析频率和功率参量。FFT是通过Quartus内置魔术棒添加的，但时序是通过代码编写后，由代码生成的模块。通过FFT后，音频信号实现了时域到频