基于单片机的频谱仪的设计
基于stm32单片机的低频频谱分析仪设计
《装备制造技术》2019年第11期0引言频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。
随着信息技术的快速发展，现代频谱分析仪朝着数字化、模块化、软件化的方向不断演进。
现代的频谱分析仪中已经采用软件无线电结构，利用模拟的射频接收端和全数字式的中频接收处理系统，实现较高的频率分辨率和多测量功能。
本文基于模块STM32单片机及开发板，采用在STM32使用优化过的DFT （离散傅里叶变换）技术对数据进行处理的频谱分析仪，可广泛用于信号的实时频谱分析，相比传统的频谱分析仪，具有频谱分析误差小，频率分辨率高；具有灵活性、开放性、模块化结构；成本低、便于携带等优点[1]。
1硬件设计硬件模块是由阻抗匹配电路、放大电路、A/D 转换器、STM32单片机、显示模块驱动电路、TFT 液晶显示屏组成，如图1所示。
1.1阻抗匹配电路阻抗匹配在本仪器中主要起到两个作用：一是完成与信号源的输出阻抗匹配；二是完成与后级放大电路输入阻抗的匹配[1]。
标准信号源内阻为50Ω，设计的阻抗匹配电路R 3=50Ω，R 4=1k Ω，设后级放大电路输入等效电阻为R i ，经阻抗匹配后的输入电阻由公式得：Rin =R 3//（R 4+R i ）≈R 3，由于后级放大电路输入等效电阻R i 很大，所以Rin ≈R 3，原理如图2所示。
1.2放大电路本设计采用的放大电路为同相比例放大电路，在本仪器中主要起到的作用是：对经阻抗匹配后输入的微弱信号，放大到A/D 转换器所需要的幅度值且与原输入信号变化规律一致的信号。
设计中所采用的STM32F103单片机A/D 转换器所需要的幅度值范围为0~3V ，设置输入信号幅值0~100mv ，信号放大倍数为30，取R 1=2k Ω，由公式：U O =（1+R f R 1）U i 得，R f =58k Ω，原理图如图3所示。
基于STM32单片机的低频频谱分析仪设计吴剑园（桂林理工大学南宁分校，广西南宁530000）摘要：利用较低成本的低端STM32单片机及开发板，开发出一套廉价便携式的能够实现实时检测、显示复杂信号的各次谐波的幅度及频率的信号分析仪器，创新及其关键技术在于首次在STM32使用优化过的DFT （离散傅里叶变换）技术对数据进行处理，主要技术指标是以图形加文字的形式，动态实时显示信号的频谱图像，刷新率每两秒一帧，最低频率分辨率11Hz ，谐波频率上限511kHz ，测量幅度误差小于2%，谐波频率误差小于5%，功能上可手动调节水平分辨率和垂直分辨率。
简易频谱分析仪设计资料
摘要该简易频谱分析仪以单片机AT89S52为控制核心，控制高中频的二次变频扫频接收机进行频谱分量分析，同时在示波器屏幕上显示频谱分量，具有分析范围宽、高镜像抑制比和高分辨力的特点。
该作品很好地达到了设计目标。
一、方案设计与论证1、总体设计方案方案一：将被测信号放大后直接用DSP或单片机经A/D转换后进行傅立叶展开等数字处理，将得到的结果送到示波器等显示器件进行显示。
这个方案的优点是比较容易从软件上进行各种数字运算的处理，因为本题目要求的指标并不高，采用这个方案将会极大提高设计成本和增加开发难度；方案二：参考题目推荐的方法，该题目可设计成一扫频接收机，在扫频范围内能检测到每个频点上的信号幅度，此方案的优点是电路比较简单，不需要DSP等专用芯片处理就可以满足设计要求，缺点是实时性比较差。
比较两种方案，考虑制作难度、性价比和时间等因素，我们选用了方案二，参考专业短波通讯中的接收机电路，采用二次变频法将会得到比较高的镜像抑止比、灵敏度和选择性。
2、输入调谐回路方案一：采用变容二极管和电感线圈组合成的压控可变中心频率的LC调谐回路进行选频，这种电路的优点是可以得到良好的选频特性，缺点是在1－30MHZ的覆盖范围内单个LC 回路难以实现，需要用到频段切换等技术处理，难以做到比较好的一致性；方案二：采用非调谐宽带滤波的办法，输入级不设选频电路，只设置一个通频带为1－30MHZ的带通滤波器，缺点是没有选频特性，但是电路简单可靠；综合比较后选择方案二，选频的实现是在一次变频后用中心频率为45.499MHZ的LC滤波器选频。
3、混频器混频器是外差式接收电路必不可少的。
方案一：用分立元件如三极管和二级管组成，显然电路比较简单，但是在混频增益和性能一致性上有所欠缺；方案二：用集成电路混频器，虽然一般的器件存在动态范围小的缺点，但是混频增益高和性能稳定；本作品需要用到两个混频器，要求比较高，综合比较后选择方案二，采用性价比很高的NE602作为混频器件，事实证明有很好的效果。
基于stm32f1的频谱分析仪
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：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ARM Cortex-M3，具有高性能、低成本、低功耗等特点。
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。
↓↓↓↓↓↓↓↓3.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。
基于单片机的数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计与实现摘要随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。
传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。
因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。
因此我们需要寻找一种新的测频的方法。
随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。
本文阐述了以AT89C51单片机为控制器件的频率测量方法，并用汇编语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路，用以实现高低信号频率的测量。
本文设计的是一个简易数字频率计，被测信号可以是正弦波、三角波、方波。
首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。
本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
关键词单片机;频率计;测量-Design and implementation of Digital FrequencyMeter Based on Single Chip MircrocomputeAbstractAlong with the development of electronic information industry, signal as the basic elements, the frequency measurement in scientificresearch and practical application is increasingly important, but also need the scope of frequency measurement is becoming more and more wide. The traditional frequency plan usually adopts combinational circuits and the sequential circuits of the hardware circuit structure, product not only large size, speed is slow, and measuring range, and low accuracy of low. Therefore, as for frequency measurement requirements, thetraditional method of frequency measurement in practical application already cannot satisfy requirements. Therefore, we need to find a new measuring method of frequency. Along with the development of technology and mature, use a singleship as a circuit system of control circuit shown its incomparable advantages.In this paper, with AT89C51 microcontroller to control the frequency of measurement devices and assembly language design, intelligent control using single chip, combined with the external electronic circuit, can be high and low frequency measurements. This paper designs a simple digital frequency, the measured signal can be sine wave , square wave. Firstly, the rectangular pulse, which the measured signal is amplified and reshaped, is used as control throttle valve. Then, the frequency counter counts the number of the periods using the internal timer/counter of signal is chip so as to gain the frequency value of measured signal. Finally, the frequency value of measured signal is displayed through static display circuits.From the analysis of theory, and introduces the digital frequency plan based on single chip design, selection of the system, and have all kinds of circuit components of hardware circuit simulaion.Keywords Micor- computer;Frequency;Measure-目录摘要...... ................................................................. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第1章绪论 ..................................................................... .. (1)1.1 课题背景 ..................................................................... . (1)1.2 单片机的发展及特点 ..................................................................... .................1 1.3 频率计的基础知识 ..................................................................... .....................1 1.4 论文研究内容 ..................................................................... .............................2 第2章单片机简介及方案论证 ..................................................................... ...........3 2.1 AT89C51单片机简介 ..................................................................... ..................3 2.1.1 单片机及其引脚说明 ..................................................................... ...........3 2.1.2 AT89C51的定时/计数器原理 (5)2.1.3 定时/计数器的工作模式 ..................................................................... (6)2.1.4 定时,计数器的特殊功能控制寄存器 (6)2.1.5 定时,计数器(T0,T1)的控制寄存器 (7)2.2 数字频率计设计的几种方案 ..................................................................... (8)2.3 几种方案的优劣讨论 ..................................................................... .................8 2.4 本次设计采用的方案 ..................................................................... .................9 2.5 本章小结 ..................................................................... .....................................9 第3章系统硬件设计 ..................................................................... ........................ 10 3.1 数字频率计工作原理及结构框图 (10)3.1.1 一般数字式频率计的原理 ......................................................................10 3.1.2 基于单片机的数字频率计原理 .............................................................. 10 3.2 电路原理图 ..................................................................... ............................... 11 3.3 放大整形电路 ..................................................................... ........................... 11 3.3.1 放大整形电路的必要性 ..................................................................... ..... 11 3.3.2 放大整形电路的原理 ..................................................................... ......... 11 3.4 分频电路 ..................................................................... ................................... 15 3.4.1 分频电路介绍 ..................................................................... .................... 15 3.5 四选一电路 ..................................................................... ............................... 16 3.6 显示电路 ..................................................................... ................................... 17 3.6.1 显示原理 ..................................................................... ............................ 17 3.6.2 显示电路图 ..................................................................... ........................ 19 3.7 本章小结 ..................................................................... ................................... 20 第4章系统软件设计 ..................................................................... ........................ 21 4.1 软件流程图 ..................................................................... ............................... 21 4.2 测频软件实现原理 ..................................................................... . (21)-4.3 几个重要的分程序 ..................................................................... ................... 22 4.4 本章小结 ..................................................................... ................................... 23 结论 ..................................................................... ..................................................... 24 致谢 ..................................................................... ..................................................... 25 参考文献 ..................................................................... ............................................. 26 附录A ...................................................................... ................................................ 27 附录B ...................................................................... ................................................ 33 附录C ...................................................................... ................................................ 39 附录D ...................................................................... (40)第1章绪论1.1 课题背景在电子技术中,频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关，,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制[1]等方面都有较广泛的应用。
基于单片机的音频频谱显示器的研究与开发
1
音频信号，这个音频信号再经功放模块由扬声器驱动播放音乐。
同时，音频信号又作为输入信号接到另外一个单片机系统，此单片机系统主要是完成音频信号的模数转换，并由内部软件通过快速傅里叶算法，实现音频信号在频域上的分析，最后量化输出，由LED点阵显示出频谱变化。
三、研究指向内容与过程
（一）研究指向
1. 降低设计、制作以及成品的成本；
2. 提高音频频谱与音乐的匹配度；
3. 开发电子产品专业课程的实训资源，使实训资源与生活相结合，便于电子专业学生的
学习与研究。
（二）研究内容
1、硬件设计
单片机我们选用STC12C5A60S2。
STC 公司的单片机不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的，其中STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASHROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。
而且STC 系列单片机支持串口程序烧写。
本设计系统由单片机模块、音频采集模块、滤波模块、按键模块、功放模块和显示模块六部分组成，如图1所示。
图1 音频频谱显示器的系统结构图
硬件电路图如图2所示，使用音频采集模块对输入的音频信号进行采样，经过FFT变换，然后取某些频率项的幅值，量化显示，驱动LED点阵，点亮相应的LED灯，其中显示模块即LED频谱显示电路。
图2左上方是滤波模块以及功放模块的设计，左下方是单片机模块的电路设计，右侧是LED频谱显示电路的设计。
其中，音频功放芯片选用8002，它是两个OTL电路桥式连接为BTL工作方式的音频功放。
2
3。
基于单片机简易频率计设计
基于单片机简易频率计设计一、前言频率计是一种测量电信号频率的仪器，其应用广泛。
本文将介绍如何基于单片机设计一个简易的频率计。
二、设计思路本次设计采用单片机作为核心控制芯片，通过捕获输入信号的上升沿和下降沿来计算出信号的周期，从而得到信号的频率。
具体实现过程如下：1. 选择合适的单片机选择一款适合本次设计要求的单片机，需要考虑其性能、价格、易用性等因素。
常见的单片机有STC89C52、AT89C51等。
2. 硬件电路设计硬件电路主要包括输入端口、捕获定时器模块、显示模块等。
其中输入端口需要接收待测信号，捕获定时器模块用于捕获信号上升沿和下降沿的时间，显示模块则用于显示测得的频率值。
3. 软件程序设计软件程序主要包括初始化程序、捕获中断服务函数和主函数等。
其中初始化程序用于设置捕获定时器模块和显示模块参数，捕获中断服务函数则是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，主函数则用于控制程序流程和显示结果。
三、硬件设计1. 输入端口设计输入端口需要接收待测信号，一般采用BNC接头。
由于输入信号可能存在较高的电压和噪声，因此需要加入滤波电路以保证输入信号的稳定性。
2. 捕获定时器模块设计捕获定时器模块是本次设计的核心部分，其主要功能是捕获输入信号的上升沿和下降沿时间，并通过计算得到信号周期和频率值。
常见的捕获定时器模块有16位定时器/计数器、32位定时器/计数器等。
在本次设计中，我们选择了16位定时器/计数器。
3. 显示模块设计显示模块主要用于显示测得的频率值。
常见的显示模块有LED数码管、LCD液晶屏等。
在本次设计中，我们选择了LCD液晶屏。
四、软件程序设计1. 初始化程序初始化程序主要包括设置捕获定时器模块参数、设置LCD液晶屏参数等。
2. 捕获中断服务函数捕获中断服务函数是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，其具体实现过程如下：（1）当捕获定时器模块捕获到输入信号上升沿时，记录当前时间值。
基于单片机的频率计设计开题报告
方案一：单片机AT89C52
AT89C52单片机与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；AT89C52最高工作频率为24MHz。
综上所述，两者基本功能相同，同样的晶振频率，STC89C52的速度比AT89C52快，同时STC89C52下载程序方面，直接串口就可以下载，AT89C52需要使用专用的编程器。后者比较流行，前者已经停产了。所以选择方案二的单片机。
液晶显示选用
方案一：数码管显示
数码管是一类显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜使用简单，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。由于发光二极管的余辉效应及人的视觉暂留现象，实际上尽管数码管不是同时点亮，但只要扫描的速度很快，给人的印象就是稳定的显示数据，不会有感觉到闪烁，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗低。
论文题目
基于单片机的频率计设计
一、选题背景和意义
本论文主要研究用单片机来设计的频率计。因为在电子技术中，频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时，都趋向于用竟可能少的硬件来实现，并且尽力把以前由硬件实现的功能部分，通过软件来解决。因为软件实现比硬件实现具有易修改的特点，如简单的修改几行源代码就比在印制电路板上改变几条连线要容易的多，故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的灵活性。
基于单片机的多功能音乐频谱仪的设计与实现
基于单片机的多功能音乐频谱仪的设计与实现作者：陈兰江朋友闪静洁来源：《科技视界》2018年第07期【摘要】本文设计了一种多功能曲面音乐频谱仪，包括音乐输入模块、蓝牙接收模块、环境温度检测模块、LED显示模块；还包括快速傅里叶算法模块和A/D转换模块。
本系统以STC12C5A60S2单片机为核心，通过蓝牙无线接收模块进行采集，将采集到的音频信号经A/D 转换模块转为数字信号后，再经过滤波处理和快速傅里叶变换得到信号的频谱，通过LED矩阵频谱显示器显示出来。
为了增强系统实用性，增加了环境温度监测、呼吸灯显示和时钟功能。
【关键词】STC12C5A60S2；A/D转换；LED；快速傅里叶变换中图分类号： TN912.3；TP368.12 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）07-0045-002Design and Implementation of Multifunctional Music Spectrum Analyzer Based on Single Chip MicrocomputerCHEN Lan1 JIANG Peng-you1 SHAN Jing-jie2（Anhui Xinhua University，Hefei，Anhui 230000，China）【Abstract】This article designed a multi-functional surface music spectrum analyzer，including music input module， Bluetooth receiver module， ambient temperature detection module， LED display module； also includes fast Fourier algorithm module and A/D conversion module. This system takes the STC12C5A60S2 microcontroller as its core and collects it through the Bluetooth wireless receiver module. After the collected audio signal is converted into a digital signal by the A/D converter module， the frequency spectrum of the signal is obtained through filtering and fast Fourier transform. The LED matrix spectrum display is displayed. In order to enhance system availability， environmental temperature monitoring， breathing lamp display， and clock functions have been added.【Key words】STC12C5A60S2； A/D conversion； LED； Fast Fourier Transform0 引言随着人们的生活质量的提高，人们已经越来越追求品质生活，针对上述问题，本设计的音乐频谱仪不仅仅能够满足人类的视觉冲击，而且更是能直接观察到显示信号的输入情况。
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目录1 绪论 (2)1.1频谱仪概述 (2)1.1.1 古老频谱仪 (2)1.1.2 现代频谱仪 (3)1.2背景及意义 (4)2 频谱分析原理与技术指标 (6)2.1 基本原理 (6)2.1.1 动态信号的分析方法 (6)2.1.2 扫描调谐分析仪 (6)2.2 技术指标 (7)2.2.1频率指标 (7)2.2.2 幅度指标 (8)3频谱仪的设计方案 (9)3.1模拟式频谱分析仪 (9)3.2数字式频谱分析仪 (10)3.2.1 按信号处理方式分类 (10)3.2.2 按频谱仪实现方式分类 (12)3.3虚拟频谱分析仪 (13)4 方案实现 (14)4.1理论分析 (14)4.2 软件总体设计 (16)1 绪论射频测量对象是宽频带内信号与网络系统的特性参数,而同一个物理系统或信号可以分别在时域和频域描述。
（1）时域测量以被测信号和网络系统在时域内的特性为依据，研究的是被测对象的幅度时间特性时域测量常用的测试信号是脉冲或阶跃信号，研究的是待测信号的瞬变过程或网络输出的冲激或阶跃响应：关键是时域信号的采集和分析（2）频域测量以被测信号和被测网络系统在频域的特性为依据，研究的是被测对象的幅频特性和相频特性。
频域测量常用的测试信号为正弦波，研究的是待测信号或网络输出的稳态响应：关键是特定频率的产生和选择。
射频测试中，时域测量和频域测量是相辅相成的。
从一个域到另一个域，如果测试是完全的，则无任何信息损失，仅仅是同一信号的不同表述方法。
1.1频谱仪概述1.1.1 古老频谱仪频谱仪便是对频域进行测量。
频谱仪被誉为射频领域的示波器，现代频谱仪不仅具有传统的频谱分析功能，而且通过扩展选件，可以集成功率计、频率计、标量/矢量网络分析仪、信号分析、通信测试仪等众多仪器的主要功能，堪称射频测试的集大成者，拥有一台高性能频谱仪，即可完成大部分射频测试、信号分析功能。
现代实时频谱仪的出现，进一步将频谱仪的应用领域扩展到快速变化的瞬态信号测试、宽实时带宽信号分析中。
频谱仪的基本功能是测量信号的幅度/频率响应，可以完成诸如频谱成分分析、失真测量、调制信号谱分析、信号衰减测量、电子组件增益测量等。
基本工作原理是，扫频本振的频率随锯齿波发生器的输出在一定范围内扫描，使不同频率的输入信号与本振混频后，依次落入分辩率带宽滤波器通带内，进一步放大、检波后加到Y放大器，亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。
由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被子测信号的频谱。
这是最古老的频谱仪工作原理，随着现代科学技术的发展，特别是数字信号处理技术和AD采样技术的不断提高，现代频谱仪多采用软件无线电思想设计：搭建通用性强的硬件平台，将功能实现软件化，使得现代频谱仪具有了“软件定义仪器”的特征，在维持硬件平台基本不变的情况下，通过更新软件，就可以使频谱仪集成众多仪器，如接收机、功率计、频率计、网络分析仪的大部分功能，极大扩展了频谱仪的测量能力和应用领域。
现代频谱仪发展迅速，针对不同应用需求，出现了各种各样的频谱仪，不同类型的频谱仪，其性能指标和功能配置也有很大差别。
但从工作机理和主要应用领域的不同出发，现代频谱仪可以分为扫频式频谱仪和实时频谱仪两种。
1.1.2 现代频谱仪现代扫频式频谱仪基本工作原理与古老的频谱仪工作原理相比，最显著的变化是：中频滤波器后进行了AD采样，分辩率带宽滤波、检波、视频滤波均采用数字信号处理的方式实现。
由于AD采样之前的硬件结构是通用的超外差接收机结构，而AD采样后仪器具体实现的功能，完全取决于软件程序，因此现代频谱仪具有“软件定义仪器”的特征，只要购买相应选件，频谱仪就可以具有矢量信号分析，各种调制制式的信号解调、调制度分析、通信测量等功能。
同时，只要付出很小的代价，购买部分辅助测量硬件，如驻波桥、跟踪源、接收天线等，频谱仪即可完成驻波比测试、组件传输特性测试、场强测试、传输线测试、天线测试等功能。
（1）扫频式频谱仪仍是目前频谱仪的主流，根据其应用领域的不同，可进一步分为台式频谱仪、手持式频谱仪、VXI总线频谱仪、PXI总线频谱仪、LXI总线频谱仪等。
①台式频谱仪具有性能指标高，功能强大等特点，应用领域十分广泛，如计量检验试验室、EMC/EMI试验室、卫星接收系统测试、雷达系统测试、无线电通信系统测试、基站维护都可以见到它们的身影。
②便携式频谱仪、手持式频谱仪典型特点是价格低、体积小、重量轻，携带方便。
其性能指标已经接近中等台式频谱仪水平，功能配置也十分丰富，以RS公司的FSH3为例，-120dBm的测量灵敏度和-90dBc/Hz的相位噪声与台式仪器相比差了两个量级，但在功能配置上，除基本的频谱分析功能外，FSH3提供了功率计选件，驻波比桥、高增益定向天线、矢量传输与反射测量选件、接收机模式选件等，在这些选件的支持下，FSH3可以用于功率测试、驻波比测试、场强测试与电磁干扰定位、传输线测试与故障定位、电磁兼容诊断等。
便携式频谱仪、手持式频谱仪特别适合于野外使用。
在功能、性能指标满足要求的情况下，由于具有价格、体积方面的优势，完全可以替代台式频谱仪使用，因此近年来发展十迅速，成为扫频式频谱仪发展的一个重要方向。
③VXI总线频谱仪、PXI总线频谱仪、LXI总线频谱仪等属于虚拟仪器类频谱仪产品，在各种综合测试平台的搭建中具有重要地位。
VXI/PXI总线频谱仪属于机箱插卡式仪器，由于宽带频谱仪一般体积较大，3GHz以上的宽带频谱仪目前尚不多见。
相对而言，LXI协议未对仪器体积、外型做出严格控制，很容易在台式频谱仪和手持式频谱仪的基础上扩展，同时LXI基于网络的分布式测试结构，更适合于现代测试系统的发展方向。
（2）实时频谱仪是近年发展起来的新型频谱仪，与扫频式频谱相比，实时频谱仪的显著优势在于：具有更高的数据处理速度和信号分析带宽，触发方式多样，适合频率快速变化的瞬态系统测试，实时频谱仪与现代扫频式频谱仪的硬件结构几乎完全相同，其区别主要体现在以下两方面：①实时频谱仪的中频处理具有“实时处理”的特征。
扫频式频谱仪采用“频谱扫描”方式获得信号频谱，一次频谱扫描只能获取整个扫频宽度中的一部分频谱数据，两次扫描之间允许存在一定的时间间隔，对于两次扫描之间，信号的变化，扫频式频谱仪是检测不到的。
实时频谱仪采用“实时信号处理”的方式获得信号频谱，一次频谱扫描即可获得整个扫频宽度中频谱数据，其优秀的数据处理能力与灵活的触发方式相结合，可以连续捕获输入信号的瞬变信息。
②实时频谱仪的“实时处理带宽”更宽。
为适应宽带快速变化信号的捕捉与分析，实时频谱仪的“实时处理带宽”，达到80MHz～110HMz，并可以对整个带宽内的信号进行实时分析。
扫频式频谱仪的处理带宽（中频带宽）一般在40MHz以下，而且允许两次频谱扫描之间存在一定的时间间隔，因此，实频谱仪对硬件性能的要求比扫频式频谱仪高的多。
实时频谱仪的典型应用是迅速突发性干扰信号测试、跳频系统测试、捷变频雷达系统测试、电子对抗系统测试等。
1.2背景及意义从事通信工程的技术人员，十分关心信号的谐波失真，交调失真、噪声背景、调制等各种频谱情况，因为这些对通信质量都有重要的影响。
于是对于频谱分析则能很明了知道以上情况的来龙去脉。
如谐波失真，看频谱分析的结果，便知道有没有倍频干扰，如噪声背景，便可知噪声是那些频率段的噪声，并在此可以设置特定滤波器来滤掉噪声，于是频域分析有时更清楚。
同时通过频谱测试还可以了解信号的频谱占用情况，从而可以知道使用频率应该在哪个频率段，防止频率之间干扰而影响信号传输。
又如电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），即设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。
从而，只有知道其频率范围和周围环境的频率范围才能判断是否达到干扰。
又如EMI。
基于种种，对于信号频谱分析尤为重要。
由傅立叶变换知，时域电信号可以分解为一个、多个、甚至是连续的不同频率、不同幅度和不同相位的正弦波因此，用适当的方法，我们可以把时域波形分解为相应的正弦波分量，然后对它们分别进行分析与测量。
每个正弦波的性质由幅度和相位决定，换句话说，他们可以把时域信号等效到频域中去进行分析和测量，这就是频谱分析。
基于此，让其信号频谱在屏幕上显示出来，一边更好的观察频谱，这便产生了频谱分析仪。
2 频谱分析原理与技术指标2.1 基本原理科学发展到今天，我们可以用许多方法测量一个信号，不管它是什么信号。
通常所用的最基本的仪器是示波器，观察信号的波形、频率、幅度等。
但信号的变化非常复杂，许多信息是用示波器检测不出来的，如果我们要恢复一个非正弦波信号F’从理论上来说，它是由频率F1、电压Vl与频率为F2、电压为v2信号的矢量迭加。
从分析手段来说，示波器横轴表示时间，纵轴为电压幅度，曲线是表示随时问变化的电压幅度。
这是时域的测量方法，如果要观察其频率的组成，要用频域法，其横坐标为频率，纵轴为功率幅度。
这样，我们就可以看到在不同频率点上功率幅度的分布，就可以了解这两个(或是多个)信号的频谱。
有了这些单个信号的频谱，我们就能把复杂信号再现、复制出来。
这一点是非常重要的。
对于一个有线电视信号，它包含许多图像和声音信号，其频谱分布非常复杂。
在卫星监测上，能收到多个信道，每个信道都占有一定的频谱成份，每个频率点上都占有一定的带宽。
这些信号都要从频谱分析的角度来得到所需要的参数。
从技术实现来说，目前有两种方法对信号频率进行分析。
2.1.1 动态信号的分析方法其一是对信号进行时域的采集，然后对其进行傅立叶变换，将其转换成频域信号。
我们把这种方法叫作动态信号的分析方法。
特点：比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。
即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换也可将它们分辨出来。
但由于其分析是用数字采样，所能分析信号的最高频率受其采样速率的影响，限制了对高频的分析。
目前来说，最高的分析频率只是在10MHz或是几十MHz，也就是说其测量范围是从直流到几十MHz。
是矢量分析。
这种分析方法一般用于低频信号的分析，如声音，振动等。
2.1.2 扫描调谐分析仪另一方法原理则不同。
它是靠电路的硬件去实现的，而不是通过数学变换。
它直接接收，称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。
我们叫它为扫描调谐分析仪。
在工作中通常所用的HP-859X系列频谱仪都是此类的分析仪。
其优点是扫描调谐分析法受器件的影响，只要我们把器件频率做得很高，其分析能力就会很强。