音频信号分析仪设计报告

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1、音频信号分析仪设计报告院校：电子信息学院专业：电子信息工程组员：王辉曹肖学号：12284010661228401164指导老师：邓晶2015年6月01日目录摘要1前言1第一章音频信号分析仪总体设计方案21.1系统功能概述21.2系统总体结构及工作流程21.3关键技术概述2第二章系统的硬件设计32.1阻抗匹配及射极跟随电路32.2低通滤波电路32.3峰值检测电路32.4电压比较电路42.5放大电路42.5.10.5倍放大电路42.5.25倍放大电路4第三章系统的软件设计53.1软件设计总体流程图53.2具体软

2、件流程63.2.1DMA传输流程图63.2.2按键中断流程图6第四章音频信号分析仪的调试与实现84.1调理电路调试84.1.1阻抗匹配及射极跟随电路调试84.1.2峰值检测电路调试84.1.30.5倍放大电路调试94.1.45倍放大电路调试94.1.5二阶低通滤波4.2系统功能测试10第五章总结115.1音频信号分析仪系统的功能实现115.2输入音频信号115.3结论12参考文献13致谢13附录系统源程序14摘要本文介绍了一套基于STM32微处理器，通过前级硬件电路，将所得到的电压值经过A/D转化器转换为数

3、字信号，进行FFT变换和处理，分析其频谱特性，各个频率点的功率值及周期性，然后将这些值送TFT液晶显示屏进行显示。关键词:STM32；TFT液晶显示前言随着现代科技的迅速发展，触屏手机俨然成为了人们日常生活中必不可少的一部分。舒适的界面，人性化的设计，功能的齐全让人们爱不释手。人们只要随意的在界面上点击所要进入的软件便能轻松的访问，这不仅为人们带来了方便，也使得人机一体化。本文所介绍的是一套以STM32微处理器做为主控，将输入信号通过A/D转换器，再利用TFT液晶显示屏显示出音频信号的频谱及功率谱，达到对输

4、入音频信号的分析。本系统具有以下特点：·A/D转换·信号周期性判断·TFT液晶屏显示本文内容分为以下几个部分：第一章总体设计；第二章分系统的硬件介绍；第三章按功能介绍分系统软件的实现形式；第四章描述系统实现功能效果与调试中出现的重点问题及解决方案；第五章项目设计总结。14第一章音频信号分析仪总体设计方案1.1系统功能概述检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，并判断输入信号的周期性，以5秒周期分析刷新分析数据，输出数据通过TFT液晶显示屏显示。1.2系统总体结构及工作流程本系统使用STM32微处理器作

5、为主控芯片，主要运用TFT显示技术，构建的系统结构如图1-1所示。图1-1系统总体结构图信号通过前级阻抗匹配，射极跟随及滤波电路后，为了能保证进入A/D的电压在1V至3.3V之间，此时信号通过峰值检测电路判断其大小，并选择一定的放大倍数来满足要求。若为小信号，则选择5倍放大器；若为大信号，则选择0.5倍放大器。输出信号再通过STM32中A/D转换器将输入信号转换为数字信号，经由32位MCU进行FFT变换和处理，分析其频谱特性，各个频率点的功率值及周期性，然后将这些值送TFT液晶显示屏进行显示。1.3关键技术

6、概述1.3.1A/D转化本模块采用定时器2（配置为PWM1模式）触发ADC1通道1进行采样，由于输入信号20Hz-10kHz,由采样定理知采样频率要大于20KHz。分辨率为20Hz时采样频率选为40.96KHz,采样点数为2048点。分辨率为100Hz时采样频率51.2KHz，采样点为512个。ADC采样后通过DMA传输到内存。这样可以不用CPU参与，提高刷新速率。1.3.2TFT液晶显示概述：主要是运用Showchar、ShowNum、DrawLine、Draw_Circle等函数14频谱显示：由FFT变

7、换可以求出各个频率点对应的幅值，在坐标轴上依次画出各频率幅值对应的高度周期性检测：求两次频谱，对其值进行逐个频率点比较，若相差太远，则认为不是周期信号，若相差不远（设定一个阈值），则可以认为是周期信号。失真度：1.3.3FFT模块FFT（FastFourierTransform）是DFT的快速算法,通过FFT可以将一个信号从时域变换到频域。其原理是将长序列DFT根据其内在的对称性和周期性分解为短序列的DFT之和.N点的DFT先分解为2个N/2点的DFT,每个N/2点的DFT又分解为N/4点的DFT.最小变换

8、的点数即所谓FFT的“基数”.因此,基数为2的FFT最小变换是2点DFT(或称蝶形运算).下面的章节将详细介绍该分系统硬件与软件的实现。第二章系统的硬件设计本系统的硬件部分主要由阻抗匹配，射极跟随，滤波电路，峰值检测，电压比较器及放大电路组成。本章重点在于介绍上述电路间的连接方式与相应设计。2.1阻抗匹配及射极跟随电路射极跟随电路对前级电路影响小，可以作为多级放大器的第一级；输出阻抗低，带负载能力强，可以作为多级