基于STM32F1的频谱分析仪.doc

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1、....单片机课程设计基于STM32F1的频谱分析仪班级：电子信息工程1111班（学号）：指导老师：.资料.......题目：基于STM32F1的频谱分析仪关键词：频谱分析仪，STM32F1，快速傅立叶变换，FFT，双色点阵摘要本设计是基于STM32F1的频谱分析仪。以STM32F103RBT6为控制核心，双色点阵屏为显示器。硬件上由电源管理，通信模块，放大电路，以及单片机最小系统组成。算法上采用简洁稳定的快速傅立叶变换作为主要的核心算法，辅以自动增益控制，实现信号从时域到频域的变换。通过双色点阵屏显示，具有直观，清晰等特点。1.引言目前，由于频谱分析仪价格

2、昂贵，学校里只有少数实验室配有频谱仪。但是电子信息类教学，如果没有频谱仪辅助观察，同学们只能从书本中抽象理解信号的特征，严重影响教学实验效果。正对这种现状，提出了一种基于STM32F1的简易频谱分析仪的设计方案，其优点是成本低，能够直观的反映信号在频域的特征。2.系统方案本设计采用STM32F1作为核心处理器，该处理器核架构ARMCortex-M3，具有高性能、低成本、低功耗等特点。.资料.......主控板包括电源模块、红外通信模块、TDA2822放大模块等；信号经过放大电路放大之后，由芯片自带的ADC将模拟信号转换为数字信号，再由主控芯片对数字信号进行快

3、速傅立叶变换，驱动双色点阵屏显示。软件算法的核心容就是快速傅立叶变换。如下图为本设计总体框图。信号采集↓↓TDA2822信号放大↓↓MAX2756KHz滤波↓.资料.......↓STM32进行快速傅立叶变换↓↓32*64双色点阵屏显示1.系统硬件设计针对前面提出的整体设计方案，本设计采取模块化策略,将各个功能部分开来设计，最后组合起来。3.1电源管理模块系统的核心芯片为STM32F103，常用工作电压为3.3V，同时部的ADC工作的参考电压也是3.3V，一般的外部电源的电压都为5V，要使系统正常工作，需要将5V的电源电压稳压到3.3V。常用的78系列稳压芯

4、片已不再适用，必须选择性能更好的稳压芯片。经综合考虑，本电路采用LM1117-3.3作为电源部分的核心芯片。外部电源5V输入LM1117-3.3稳压为3.3V。由于点阵屏显示部分的电流较大，但是不在我们主控板上，所以暂不做考虑。电路图如下。.资料.......3.2信号放大模块TDA2822是OTL功放，输出电容起耦合作用，因为OTL功放在在静态时输出端都会有Vcc/2伏的输出，这样会搞坏扬声器，所以需要加个电容，隔离。单片机处理的话就不用输出电容了。STM32的AD模拟口输入的电压不能太大，超过了ADC的参考电压可能就直接烧毁了，还好TDA2822的工作电

5、压围广，直接给它3.3V供电就行。输出的1.6V连到单片机的模拟口。.资料.......3.3单片机最小系统该部分主要就是复位电路以及晶体振荡器:.资料.......3.4红外遥控电路.资料.......3.5PCB设计图.资料.......1.系统软件设计软件设计上由控制核心STM32F1对采样转换得到的数字信号进行处理，计算出各个频率分量的幅值，驱动点阵屏显示。下图是软件流程：.资料.......4.1.快速傅立叶变换以及相关原理数字信号的傅里叶变换,通常采用离散傅里叶变换(DFT)方法。DFT存在的不足是计算量太大,很难进行实时处理。计算一个N点的DF

6、T,一般需要次复数乘法和N(N-1)次复数加法运算.因此,当N较大或要求对信号进行实时处理时,往往难以实现所需的运算速度。1965年,J.W.Cooly和J.W.Tukey发现了DFT的一种快速算法,经其他学者进一步改进,很快形成了一套高效运算方法,这就是现在通用的快速傅里叶变换,简称FFT(TheFastFourierTransform)。快速傅里叶变换的实质是利用式(1)中的权函数的对称性和周期性,把N点DFT进行一系列分解和组合,使整个DFT的计算过程变成一系列叠代运算过程,使DFT的运算量大大简化,为DFT及数字信号的实时处理和应用创造了良好的条件。

7、快速傅里叶变换算法如下：.资料.......由(1)式可知，对每一个n，计算X(ｎ)须作N次复数乘法及N-1次复数加法，要完成这组变换共需次乘法及N(N-1)次复数加法。但以下介绍的快速傅里叶变换的算法，可大大减少运算次数，提高工作效率。当时，n和k可用二进制数表示：又记　,则（1）式可改写为（2）式中：(3)因为所以（2）可改成（4）(5)则式（５）即为式（４）的分解形式。将初始数据代入式（５）的第一个等式，可得每一组计算数据，一般将痗L-1组计算数据代入式（５）的第L个等式，计算后可得第L组计算数据（L＝１，２，…，γ），计算公式也可表示为=（6）式中（

8、7）.资料.......根据式（６），第L个数组中每