07年A题实验报告(音频信号分析仪).doc

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:The audio signal analyzer is based on a 8-bit MCU controller, through the AD converter for audio signal sampling, the continuous signal discrete, and then through the FFT fast Fourier transform computing, in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing, and then through the LCD display signals in the spectrum. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 100Hz-10KHz, the range of 100mVpp-5Vpp . Key Word：FFT Power Spectrum Frequency Spectrum 目录 TOC \o "1-3" \h \z \u 摘 要： 1 1. 系统设计 1 1.1设计要求 1 1.1.1设计任务 1 1.1.2技术指标 1 1.2方案比较与选择 2 1.2.1采样方法比较与选择 2 1.2.3信号功率计算方案比较 3 1.3方案论证 3 2.单元电路设计及参数计算 3 2.1前级阻抗匹配和放大电路设计 3 2.2抗混叠低通滤波器设计 5 3. 软件设计 6 3.1程序总体流程图 6 3.2程序清单（见附录2） 6 4.系统测试 6 4.1测试仪器 6 4.2测试结果 7 5. 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 8 PAGE PAGE 1 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 输入阻抗：50Ω 输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V 输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz 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。） 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%。 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 扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。 输入信号包含的频率成分范围：20Hz～10kHz。 增加频率分辨力20Hz档。 判断输入信号的周期性，并测量其周期。 测量被测正弦信号的失真度。 其他。 1.2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。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，