07年A题实验报告(音频信号分析仪)

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1、2007年全国大学生电子设计竞赛【本科组】音频信号分析仪（A题）摘要：本音频信号分析仪由8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100Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp。关键词：快速傅里叶变换功率谱频谱Abstract:Theaudiosignalanalyzerisbasedona8-bitM

2、CUcontroller,throughtheADconverterforaudiosignalsampling,thecontinuoussignaldiscrete,andthenthroughtheFFTfastFouriertransformcomputing,inthetimedomainandfrequencydomainofthevariousaudiofrequencysignalweightandpower,andotherindicatorsforanalysisandprocessing,an

3、dthenthroughtheLCDdisplaysignalsinthespectrum.Thesystemcanaccuratelymeasuretheaudiosignalfrequencyrangeof100Hz-10KHz,therangeof100mVpp-5Vpp.KeyWord：FFTPowerSpectrumFrequencySpectrum目录摘要：11.系统设计11.1设计要求11.1.1设计任务11.1.2技术指标11.2方案比较与选择21.2.1采样方法比较与选择21.2.3信号功率计算方

4、案比较31.3方案论证32.单元电路设计及参数计算32.1前级阻抗匹配和放大电路设计32.2抗混叠低通滤波器设计53.软件设计63.1程序总体流程图63.2程序清单（见附录2）64.系统测试64.1测试仪器64.2测试结果75.结束语7参考文献7附录8附录1主要元器件清单8附录2程序清单81.系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计、制作一个可分析音频信号频率成分，并可测量正弦信号失真度的仪器。1.1.2技术指标（1）基本要求①　输入阻抗：50Ω②　输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V③　输入信号包含

5、的频率成分范围：200Hz～10kHz④　频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于100Hz的频率分量的功率值。）⑤　检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于5%。⑥　分析时间：5秒。应以5秒周期刷新分析数据，信号各频率分量应按功率大小依次存储并可回放显示，同时实时显示信号总功率和至少前两个频率分量的频率值和功率值，并设暂停键保持显示的数据。（2）发挥部分①　扩大

6、输入信号动态范围，提高灵敏度。②　输入信号包含的频率成分范围：20Hz～10kHz。③　增加频率分辨力20Hz档。④　判断输入信号的周期性，并测量其周期。⑤　测量被测正弦信号的失真度。⑥　其他。151.2方案比较与选择1.2.1采样方法比较与选择方案一：采用DDS芯片用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：采用单片机直接由MCU的定时中断进行信号的采集，然后对信号分析。

7、C8051F020的单指令周期为90ns，可实现25.6KHz的采样率，且控制方便成本便宜。经比较，选用方案二，用单片机进行信号采样。1.2.2周期性判别与测量方法的比较与选择方案一：时域测量在时域分析信号，我们可以先对信号进行处理，然后假定具有周期性，然后测出频率，把采样的信号进行周期均值法和定点分析法的分析后即可以判别出其周期性。方案二：频域测量频域测量周期性要求某些频率点具有由规律的零点或接近零点出现，所以对于较为复杂的，频率分量较多且功率分布较均匀且低信号就无法正确的分析其周期性。综上，我们选择信号在时域进

8、行周期性分析和周期性测量。对于一般的音频信号，其时域变化是不规则的，所以没有周期性。而对于单频信号或者由多个具有最小公倍数的频率组合的多频信号具有周期性。这样我们可以在频域对信号的频谱进行定量分析，从而得出其周期性。而我们通过先假设信号是周期的，然后算出频率值，然后在用此频率对信号进行采样，采取连续两个周期的信号，对其值进行逐次比较和平均比较，若相差太远，则