数字频谱分析仪设计论文
本科生毕业论设计
论文题目：数字频谱分析仪
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学院：机械与电子工程学院
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注意事项
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3）中文摘要（300字左右）、关键词
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6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
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8）致谢
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2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：（签名）
年月日
数字频谱分析仪
Digital Spectrum Analyzer
摘要
频谱分析仪是一种测量无线通信信号的常用工具，它对从事电子产品研发、生产以及检验扮演中重要的角色。在本文中将介绍一种基于快速傅里叶变换算法(FFT)的数字式频谱分析仪。
离散傅里叶变换DFT是一种将信号从时域变换成频域的变换,快速傅里叶变换FFT是与离散傅里叶变换相同的一种变换,是一种快速有效地减少DFT计算次数的算法,可以很
东华理工大学毕业设计摘要
明显地减少运算量,很大地提升DFT运算速度,运算的时间缩短了1到2个数量级,从而使DFT变换的应用更加快速普遍。FFT是数字信号处理中最基本的运算,已经普遍应用到数字频谱分析仪设备中,像电子医学通讯之类的,以及在雷达定位和天文学研究等领域。现在基于快速傅里叶变换( FFT) 的数字式频谱分析仪主要是通过傅里叶变换运算将被测实时信号分解成独自分立的频率分量,这样的效果不仅可以满足前期频谱分析仪的功能 ,而且在原理上这种频谱分析仪运用了数字的方法直接由模数转换器( ADC) 对输入信号取样, 再经FFT算法处理后获得频谱分布图进行LCD显示。
本文介绍了FFT的算法原理,以及如何利用单片机通过FFT算法来实现频谱。单片机的优点是较高的性价比和较低的成本,其缺点是无法很好的解决在FFT运算中运算速度及RAM容量的问题。本文采用高速单片机为核心,分别采用浮点和定点方法实现了FFT运算，并采用液晶显示输出结果。
采用单片机实现FFT的方法，对于如何在便携式、小型化、低价位的电子产品中嵌入复杂的算法设计具有重要的应用价值和市场前景，必将得到较为广泛的应用。
关键词：离散傅里叶变换（DFT）；快速傅立叶变换（FFT）；单片机；频谱分析仪
ABSTRACT
Spectrum analyzer is commonly used tools in a wireless communication signal measurements, it engaged in electronic product development, production and testing plays an important role. In this article introduces a fast Fourier transform algorithm based on digital spectrum analyzer.
The discrete Fourier transform DFT is a signal from the time domain into the frequency domain transform, fast Fourier transform FFT is a kind oftransformation and the discrete Fourier transform, is an effective way to reducethe number of DFT calculation algorithm, can obviously reduce the amount of computation, greatly enhance the speed of DFT, operation time by one to two orders of magnitude, so that the application of DFT transform more quickly and widely.FFT is the most basic operations in digital signal processing, has been widely applied to the equipment of the digital spectrum analyzer, such as electronicmedical communication and so on, as well as in radar positioning and astronomy.Now the digital spectrum analyzer based on fast Fourier transform (FFT) is mainly measured by Fourier transform real-time signal operation will be broken down into discrete frequency components alone, this effect is not only to meet the pre-spectrum analyzer function, and in principle, use of this spectrum analyzer method directly from the analog-digital (ADC) of the input signal is sampled, and then get processed by the FFT algorithm spectral distribution diagram LCD display.
This paper introduces the principle of FFT algorithm, and how to use the FFT algorithm to realize spectrum. The chip is high performance and low cost, it isunable to solve the speed and capacity of RAM in FFT operation problem very well. This paper adopts high-speed microcontroller as the core, using floating-point and fixed-point method to realize the FFT operation, and the use of liquid crystal display output.
The methods is using MCU to realize FFT, which has important application value and market prospect for how to embed in the portable electronic product, miniaturization, low price of algorithm design in complex, will be widely used.
Key words：Discrete Fourier Transform （DFT）；Fast Fourier Transform（FFT）；MCU；spectrum analyzer
目录
第1章绪论 ........................................ 错误！未定义书签。
1.1 频谱分析仪的设计的研究意义 ................... 错误！未定义书签。
1.2 频谱分析仪发展的前景及遇到的问题 (1)
1.3 频谱分析仪设计的目的及要求 ................... 错误！未定义书签。
1.4 频谱分析仪的设计及他的实现内容 (3)
第2章数字频谱分析仪的原理 (4)
2.1 数字频谱分析仪的结构 (4)
2.2 数字频谱分析仪的工作原理 (4)
2.3 FFT算法的基本设计 (4)
第3章理论分析 ...................................... 错误！未定义书签。
3.1 FFT原理分析 (13)
3.2 用FFT变换进行频谱分析 (9)
3.3 波形识别与中心频率判断 (11)
3.4 波形显示信息 (12)
第4章 FFT硬件与软件设计的实现 (13)
4.1 FFT算法实现的硬件平台选择 (13)
4.2 FFT算法实现的硬件的构建 (13)
4.3 混频信号电路设计 ............................ 错误！未定义书签。4
4.4 A/D转换器 (15)
4.5 液晶显示模块 (15)
4.6 FFT算法的实现方法 (18)
4.6.1 浮点FFT算法的软件实现 (23)
4.6.2 定点FFT算法的软件实现 (26)
第5章结论 (28)
5.1 设计总结 (28)
5.2 未来展望 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
附录一 (31)
附录二 (31)
附录三 (35)
第1章绪论
1.1 频谱分析仪设计的研究意义
频谱分析仪是一种检测信号参数的仪器，它是一种多功能电子测量仪器，它用于分析信号的失真、频谱以及频率稳定性等。它是对无线电信号进行测量必备的仪器，是对于电子产品研发、生产和检测的专门常用工具。它的应用非常广泛，频谱分析仪是对进行日常无线电的管理和监测的重要的设备之一。频谱分析仪的功能非常广，但体积非常小，因此可以很方便地对无线电波信号来进行监测和分析，它对无线电发射设备的性能测试非常重要，已成为在无线电监测和测试中必不可少的工具。
从事通信工程的技术人员,在很多时候需要对信号进行分析,频谱分析仪是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具,它在生产实践与科学研究中获得了日益广泛的应用,被称为工程师的射频万用表。例如,在声纳系统中,为了寻找海洋水面舰艇或潜艇,需要对噪声信号进行频谱分析,以提取有用的信息,判断舰艇的运动速度、方向、位置、大小等;又如,对飞机、汽车、轮船、机床、电机等主体或部件进行实际运行的频谱分析,可以提供设计数据、检验设计效果,或者寻找振源和诊断故障,以便及时排除潜在的故障因素,确保运行安全。
在频域测试中采用的仪器则是频谱分析仪，它的基本功能是测量信号的幅度和频率响应。有些测量场合却需要获得信号的全部信息—频率、幅度、相位以及网络等信息，这时就是在调制域内进行的测量，通常用到的测量仪器是矢量网络信号分析仪。不过更多的场合我们仅仅需要知道信号的幅度、功率随频率变化的情况，这时候频谱分析仪就派上了用场。简言之，和时域上的示波器相对应，频谱分析仪可以比拟为频域中的示波器。
1.2 频谱分析仪发展的前景及遇到的问题
频谱分析仪是在现代科技发展中必不可少，它的主要作用是对动态信号进行频域分析。它的主要功能是在特定的激励条件下，对测试对象产生的动态信号进行频谱分析来评估该对象的特性。这里涉及的对象不仅可以是通信电子设备,也可以是机械操作系统。主要包括两种:一种是用于电子通信系统设备中的监控设备,像对于无线信号的调制分析，和天线系统产生的驻波比以及测量天线的方位图,和监视电台情况以及无线电频谱的占用情况等;而另一种应用则是对某些低频和机械系统进行动态频谱分析,比如对测量分析的冲击、振动和声音信号控制系统的性能做出合理的评估，此外，还对机械设备进行故障诊断以及对他的结构振模分析等。在航天领域中,频谱分析都有着相当重要的用途，像包括气象、医学、科学探测、建筑以及地质等领域都是必不
可少的。
在50年代大部分使用电子管和速调管来制作频谱分析仪,由于国内发展起步是比较晚。所以直到60年代初才在科学家们不懈的努力下研制出3厘米窄频带频谱分析仪。而我国研究人员在对于宽频带的研究做了开创性工作。在1965年前研发的10MHz一44GHz的宽频带微波频谱分析仪是一个成功的突破,对此，我国进行了小量的投产。但此时生产的产品都是没固定标准的仪器。动态扫描范围只有5dB上下，而且它的扫宽范围太窄,所产生的灵敏度和分辨率比较低。因此在70年代，发明的固态全景显示的频谱分析仪,性能上比以前有所上升,但实用产品并不是很广泛。直到80年代科技新技术的发展，新器件的发明和应用,频谱分析仪的发展出现新高潮。市场上开始出现一些性能较好频谱分析仪，与此同时，随着人们对频谱分析仪的应用和需求,学习并掌握国外的先进技术,大力自主开发研制先进的频谱分析仪,屹立世界先进水平的行业,已经成为国内频谱分析仪发展的重大趋势。
频谱分析仪的唯一的缺点就是只能得到输入的信号的幅频，但是它所测量范围较宽，并且也很高，非常适于在通信设备中的测量频率分布。通过FFT算法的作用能够很好地解决低频矢量信号分析的问题，不仅能够同时获得幅度谱和相位谱，而且能够更加精确方便的测量通信设备。
由于频谱分析仪在现阶段费用价格昂贵，许多学校只有少数实验室配有频谱仪。像这样对于现代电子信息类的教学，如果得不到频谱仪辅助来观察了解，让学生只是靠自己想象来从书中体会着抽象的的含义，不仅对教学的发展起到严重的影响，而且对于学生的知识和能力也将得不到提高。
因此，针对这种棘手的现状科学家们提出关于FFT算法的数字频谱分析仪设计方案，下面介绍它的原理和实现方法。
1.3 数字频谱分析仪设计的目的及要求
本课题的主要任务是设计一个数字频谱分析仪，它的运算方法是通过FFT来实现的。利用高速单片机设计并制作一个数字频谱分析仪，并使其最高采样频率不低于1MHZ。
通过单片机来实现基于FFT算法的频谱分析处理，并将处理结果送入LCD显示。单片机除ADC芯片完成对输入信号的采集和转换功能外，还包括对其他芯片的控制，像ADC的控制、数据缓冲、FFT运算处理以及液晶显示器控制等集于一体，这样不仅可以缩小产品的体积，而且可以加强系统的可靠性，让它实现更方便快捷。所以，我们首先要掌握傅里叶变换的特点，掌握好快速傅里叶变换（FFT）与频谱分析之间的联系，另外搞清楚蝶形运算对快速傅里叶变换（FFT）所产生影响和作用。其次，掌握单片机的工作原理并充分利用好该设备。最后提出合理的方案来使单片机实现频谱
分析。并设计好各个组成部分，再综合整个系统来完成对频谱分析仪的设计工作。
1.4 数字频谱分析仪设计和它的实现内容
数字频谱分析仪也可称为实时频谱分析仪，而实时频谱分析仪对数据处理的速度要求较高，如果在短时间内要求实现输入带宽相对较宽，频率分辨精度又较高的性能指标时，那么根据奈奎斯特采样定理可知，要使信号的频谱不出现混叠现象，必须提高采样频率，这样需要处理的数据将会是非常巨大的，这不仅对存储空间要求较高，需要很大的缓存，而且会降低数据处理的效率，影响刷新速度，因此除了在算法优化方面给予相应的改进外，还要在电路设计上和系统的可编程性等方面给予相应的考虑。通常而言，数字频谱分析仪实现 FFT 变换的方案和途径有多种，在本文采用单片机来实现，但是在实际实现过程中，要综合考虑到系统的多方面因素，主要包括可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗以及成本等。
根据对输入信号的处理方法来划分，数字式频谱仪可包括三种：数字滤波法频谱仪、外差原理的频谱仪、FFT技术的频谱仪。他们对传统模拟式的仪器具备有一定的优势，但缺点就是还是要靠硬件辅助来实现分析。随着科学技术的发展，FFT原理的提出，较DFT能在计算机上更加快速的实现功能，因此本文中采用了FFT技术来对课题进行设计。
数字式频谱仪通常使用高速A／D来采集当前信号，因此选对A/D转换器对信号的采样是至关重要的，然后送入单片机处理器进行处理，通过FFT算法将被测信号进行分解，最后由单片机将得到的各频率分量幅度值送入液晶显示器显示。
第2章 数字频谱分析仪的原理分析
2.1 数字频谱分析仪的结构
数字式频谱分析仪组成结构图2-1如下：
图2-1 数字式频谱分析仪组成结构
图2-1表示数字式频谱仪工作过程，先是通过外加一个输入混频信号Ui ，然后通
过A/D 采集当前输入的信号，再转入单片机存储器中，通过快速傅里叶变换（FFT ）将
被测信号分解成分立的频率分量幅度数据送入处理器处理，最后将得到的各频率分量
幅度值数据送入液晶显示器来显示出它的频谱图。
2.2 数字频谱分析仪工作原理
数字式频谱分析仪在现代发展领域中主要包括三种，一种是快速傅立叶FFT 分析
法，而另外一种则是数字式滤波法，还有一种就是利用外差原理设计的频谱仪。本文
主要介绍的是快速傅立叶FFT 分析法，这种算法为DSP 技术的实时应用创造了非常好的
条件，带动了DSP 技术在各项研究领域的发展。它是一种动态信号分析仪,它是在一个
特定时间周期内对信号进行FFT 变换以获得频率、幅度和相位信息的,这种仪器能够分
析周期和非周期信号,测量频率范围一般从直流到几百千赫兹。
这种全新的数字频谱分析仪直接由模数转换器(ADC)对输入信号进行取集采样，
再利用快速傅里叶变换FFT 对被测信号进行处理并分解成分立的频率分量，通过LCD
来显示所产生的频谱图。基于FFT 算法的数字式频谱分析仪在功能上相对以前的仪器
有了不少的提高，不仅能够进行实时分析而且在速度上明显高于模拟式频谱分析仪。
它的实现原理是将输入数据先进行数字化，然后对得到的时域数字信息进行 FFT
变换，以获取其频域信号特性。通常傅里叶频谱分析多数采用基于微处理器和专用集
成电路的方式实现频谱分析，因此其在实现速度上比传统的模拟式扫描频谱分析仪的
速度快很多。然而它同时受到模数转换电路的指标限制，因此通常只能工作在有限带
宽或较低的工作频段内。
2.3 FFT 算法的基本设计
在介绍FFT 算法之前，必须要了解这些信息：
对于欧拉公式：
ωωωsin cos j e j ±=±进行傅里叶变换可知：
dt e t f dt e t f dt e t f F t jwt jwt jwt ???-∞-∞∞--===100)()()()(ω =>1,......,2,1,0,)()(102-==∑-=-N k e n x k X N n kn N j π
令 N j N e
W π2-= ,把它称作旋转因子，即 =>1
,......,2,1,0,)()(1
0-==∑-=N k W n x k X N n kn N
式中，k 表示数字域，n 表示时域。
旋转因子表示的特性如下：
（1）周期性 lN N j
m N j lN m N j lN
m N e e e W πππ22)(2*--+-+== m N m N j W e ==-π2 ，周期为l*N ；
（2）对称性 πππππj m N j N N j m N j N m N j N m N
e e e e e W ----+-+===**22*22)2(22 = m N W -= 其中1)sin()cos(-=-=-πππj e j ；
（3）可约性 mk N mk N j k m N j k
m N W e e W ===--*2/2/ππ ；
推导过程：
若序列x(n)的长度是N ，并且满足N=2的M 次方,(M 是自然数)按n 的奇偶性把序
列x(n)分解为两个长度均为N/2的子序列：
x1(r)=x(2r), r=0,1,…,N/2 – 1
x2(r)=x(2r+1), r=0,1,…,N/2 – 1
则x(n)的离散傅里叶变换为：
∑∑==+=
奇数偶数n kn N n kn N W n x W n x k X )()()( ∑∑-=+-=++=12/0)12(12/0
2)12()2(N r r k N N r kr
N W r x W
r x kr N N r k N kr N N r W r x W W r x 21
2/02212/01)()(∑∑-=-=+=
kr N N r k N kr N N r W r x W W r x 2/12/022/1
2/01
)()(∑∑-=-=+=
)()()(21k X W k X k X k N += k=0,1,…,N/2 – 1
并且X1(k)和X2(k)都是以N/2为周期 =>)2()2()2(221N k X W N k X N k X N
k N +++=++ => )()()2(21k X W k X N k X k N -=+ k=0,1,…,N/2 – 1 其中公式?????-=++=)()()2()()()(2121k X W k X N k X k X W k X k X k N k N 是一个蝶形运算 同理，可推出：?????-=++=)()()4()()()(42/3142/31k X W k X N k X k X W k X k X k N k N ， k=0,1,…,N/4 - 1
?????-=++=)()()4()()()(62/5262/52k X W k X N k X k X W k X k X k N k N ， k=0,1,…,N/4 – 1
……
分解到最后时，另k=0时，就只有开始时序列x （n ）中的两个输入来进行蝶形运算。
蝶形分解图如图2-2所示：
图2-2 N/4点DFT N/4点DFT N/4点DFT N/4点DFT x(0)x(4)x(2)x(6)x(1)x(5)x(3)x(7)X(0)X(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)X(7)W N/20W N/21W N/20W
N/21W N 0W N 1W N 2W N 3X 3(0)X 3(1)X 4(0)X 4(1)X 1(0)X 1(1)X 1(2)X 1(3)X 2(0)X 2(3)X 2(2)X 2(1)
如果存进数组X 中的序列x(n)已经被时域倒序抽选，设蝶形运算中的两个输入有
B 个间距，且计算结果还存放在数组的原来的位置，那么通过该方法可以来计算蝶形
运算，则可表示成如下形式：
?????+-<=+++<=----p N L L L p N L L L W B J X J X B J X W B J X J X J X )()()()()()(1111 ())2(1 <= ?????-=++=)()()2()()()(2121k X W k X N k X k X W k X k X k N k N
其中：p=J*2M-L; J=0,1,…,2L-1-1； L=1,2,…,M
下标L 表示第L 级运算，XL(J)则表示第L 级运算后数组元素X(J)的值。
图2-3 蝶形运算分解图
上图中A 和B 表示蝶形运算的输入，他们的值为X(n)（n= 0,1,,N-1）中某一个，C
为 k N W 2/ 或者是 -k N W 2/ 。如图2-4表示N=8点的FFT 运算图示。
图2-4 8点FFT 流程图
上图可以看出：
第一级中，每个蝶形的两个输入相距1个点；有4个不同的旋转因子，同一旋转
因子对应着间隔4点的1个蝶形。
第二级中，每个蝶形的两个输入相距2个点，有2个不同的旋转因子，同一旋转因子对应2个相距为2的2个蝶形。
第三级中，每个楔形的输入相距1个点，有1个不同的旋转因子，同一旋转因子对应4个相距为1的4个蝶形。A B C A+BC A-BC
第3章 理论分析
3.1 FFT 原理分析
离散傅里叶变换可以得出有限的长序列x （n ）和它的频域表示x （k ）
[]1-k 0n x )n (x )(nk 1
0n N W DFT k X N ≤≤=∑-=，）（ (3.1)
[]1-n 0k 1)k ()n (x nk -1
0n N W X N X IDFT N ≤≤==∑-=，）（ (3.2) 其中N k j N W π2nk
e -= 。式（3.1）叫做离散傅立叶正变换，式（3.2）叫做离散傅立叶
反变换，x （n ）与X （k ）构成了一对离散傅立叶变换对。
根据上面的公式，计算一个X （k ），需要进行N-1次复数加法和N 次复数乘法。但
是计算全部的X （k ）（0≤k ≤N-1），一共需要N(N-1)次复数加法和N 2次复数乘法。可
以通过两次实数加法和四次实数乘法来完成一次复数乘法，完成一次复数加法要两次
实数加法，因此直接计算全部的X （k ）一共需要（4N-2）次实数相加和4N 次实数相乘。
当N 个k 值时，共需N （4N-2）次实数相加和N*N 次实数相乘。，利用DFT 中W N nk 的对称性
和周期性，可以改进DFT 算法并减小它的运算量，使整个DFT 计算变为一系列的迭代运
算，还可以大幅度提高运算量和运算过程，但当N 值很大时，计算一个N 点的DFT 要进
行N(N-1)次复数加法与N 2次复数乘法。这时计算量就显得很大了。FFT 的基本思想就
是这些。
FFT 大致上可分成两类，时间抽取法和频率抽取法。时间抽取法是将时域信号序
列按奇偶分排，而频域抽取法是将频域信号按奇偶分排。下面就基-2时间抽取FFT 算
法进行介绍。
假如序列x （n ）的长度是N=2M ，且M 是整数（如果没有满足条件可以人为的增补零
值点来得到），为了使最小DFT 运算单元是2点可以在时域上进行奇偶抽取分解成短序
列的DFT 。一般来说将FFT 运算当中最小的DFT 运算单元称为基，所以把这种算法叫做
基-2时间抽取FFT （DIT-FFT ）算法。
把x （n ）按n 是奇或偶来分解成两个子序列，当n 是偶数时，令n=2r ；当n 是
奇数时，令n=2r+1；可得到
x(2r)=x 1(r)，x(2r+1)=x 2(r)，1，......，(N/2)-1则其DFT 可写成
)
()()12()r 2(x )r (x )r 2(x
1r 2(x )2()k (211)2(021-)2(0r 1-)2(0r rk 21)k r 2(21-)2(0r nk
211-)2(0r )12(nk 21
-)2(0r k X W k X W r x W W W W W r x X k N N r rk N N N N N N N N k r N N N +=++=+=++=
∑∑∑∑∑∑-===+==+=）
（3.3）
X 1(k)和X 2(k)分别是N/2点序列X 1(n)和X 2n)的DFT ，r 和k 的取值符合0，1...，
(N/2)-1，而X （k ）是一个N 点的DFT ，所以式（3.3）只计算了X （k ）的前N/2的
值。由W N n 和k DFT 的性质可以得到X （k ）后面N/2的值
)k (-)k ()2k ()2k ()2k (2k 122k 1W W X N X W N X N X N N N =+++=++ （3.4）
式(3.3)和式(3.4)表明，只要计算出两个N/2点的X 2(k) 和DFT X 1(k),通过线性组合，
就可以得到全部N 点的X （k ）。因为N=2M ，且N/2=2M-1仍是偶数，所以这样的分解可
以继续进行下去，当最后的单元只需要做2点DFT 时就可以结束。
若)p (m X 和)q (m X 是输入数据，)p (1m +X 和)q (1m +X 是输出数据，k N W 是旋转因子，
则对于基-2DIT-DFT 算法，蝶形运算的基本公式如下
k
m m 1m k m m 1m )q ()p ()p ()q ()p ()p (N N
W X X X W X X X -=+=++ （3.5）
其图形表示如图2-1所示，称X m (p)叫做上结点，X m (q)叫做下结点。
Xm(p) X m+1(p)
Xm(q) W N p X m+1(q)
-1
图3-1 时间抽取蝶形运算单元
3.2 用FFT 变换进行频谱分析
要实现FFT 算法的是否可行，下面举一个例子说明，先假设两个正弦波信号来进
行采样，一个设为f1=50Hz ，另一个就设为f2=200Hz ，另外增加一个高斯白噪声。先
将最大为f=1kHz 的输入信号进行采样，并对N=2的10次方个点的做FFT 分析和处理。
通过Matlab 软件来进行编程与仿真，就可以得到采样信号的时域波形（如图1所示）
以及频谱分析曲线（如图3-2所示）。
数字集成电路设计_笔记归纳..
第三章、器件 一、超深亚微米工艺条件下MOS 管主要二阶效应： 1、速度饱和效应：主要出现在短沟道NMOS 管，PMOS 速度饱和效应不显著。主要原因是 TH G S V V -太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度（μξν=） ，即载流子迁移率是常数。但在电场强度很高时载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和，不再随电场 强度的增加而线性增加。此时近似表达式为：μξυ=（c ξξ<），c s a t μξυυ==（c ξξ≥） ，出现饱和速度时的漏源电压D SAT V 是一个常数。线性区的电流公式不变，但一旦达到DSAT V ，电流即可饱和，此时DS I 与GS V 成线性关系（不再是低压时的平方关系）。 2、Latch-up 效应：由于单阱工艺的NPNP 结构，可能会出现VDD 到VSS 的短路大电流。 正反馈机制：PNP 微正向导通，射集电流反馈入NPN 的基极，电流放大后又反馈到PNP 的基极，再次放大加剧导通。 克服的方法：1、减少阱/衬底的寄生电阻，从而减少馈入基极的电流，于是削弱了正反馈。 2、保护环。 3、短沟道效应：在沟道较长时，沟道耗尽区主要来自MOS 场效应，而当沟道较短时，漏衬结（反偏）、源衬结的耗尽区将不可忽略，即栅下的一部分区域已被耗尽，只需要一个较小的阈值电压就足以引起强反型。所以短沟时VT 随L 的减小而减小。 此外，提高漏源电压可以得到类似的效应，短沟时VT 随VDS 增加而减小，因为这增加了反偏漏衬结耗尽区的宽度。这一效应被称为漏端感应源端势垒降低。
4、漏端感应源端势垒降低（DIBL）： VDS增加会使源端势垒下降，沟道长度缩短会使源端势垒下降。VDS很大时反偏漏衬结击穿，漏源穿通，将不受栅压控制。 5、亚阈值效应（弱反型导通）：当电压低于阈值电压时MOS管已部分导通。不存在导电沟道时源（n+）体（p）漏（n+）三端实际上形成了一个寄生的双极性晶体管。一般希望该效应越小越好，尤其在依靠电荷在电容上存储的动态电路，因为其工作会受亚阈值漏电的严重影响。 绝缘体上硅（SOI） 6、沟长调制：长沟器件：沟道夹断饱和；短沟器件：载流子速度饱和。 7、热载流子效应：由于器件发展过程中，电压降低的幅度不及器件尺寸，导致电场强度提高，使得电子速度增加。漏端强电场一方面引起高能热电子与晶格碰撞产生电子空穴对，从而形成衬底电流，另一方面使电子隧穿到栅氧中，形成栅电流并改变阈值电压。 影响：1、使器件参数变差，引起长期的可靠性问题，可能导致器件失效。2、衬底电流会引入噪声、Latch-up、和动态节点漏电。 解决：LDD（轻掺杂漏）：在漏源区和沟道间加一段电阻率较高的轻掺杂n-区。缺点是使器件跨导和IDS减小。 8、体效应：衬底偏置体效应、衬底电流感应体效应（衬底电流在衬底电阻上的压降造成衬偏电压）。 二、MOSFET器件模型 1、目的、意义：减少设计时间和制造成本。 2、要求：精确；有物理基础；可扩展性，能预测不同尺寸器件性能；高效率性，减少迭代次数和模拟时间 3、结构电阻：沟道等效电阻、寄生电阻 4、结构电容： 三、特征尺寸缩小 目的：1、尺寸更小；2、速度更快；3、功耗更低；4、成本更低、 方式： 1、恒场律（全比例缩小），理想模型，尺寸和电压按统一比例缩小。 优点：提高了集成密度 未改善：功率密度。 问题：1、电流密度增加；2、VTH小使得抗干扰能力差；3、电源电压标准改变带来不便；4、漏源耗尽层宽度不按比例缩小。 2、恒压律，目前最普遍，仅尺寸缩小，电压保持不变。 优点：1、电源电压不变；2、提高了集成密度 问题：1、电流密度、功率密度极大增加；2、功耗增加；3、沟道电场增加，将产生热载流子效应、速度饱和效应等负面效应；4、衬底浓度的增加使PN结寄生电容增加，速度下降。 3、一般化缩小，对今天最实用，尺寸和电压按不同比例缩小。 限制因素：长期使用的可靠性、载流子的极限速度、功耗。
基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计
目录 1 设计任务 (1) 1.1 技术要求 (1) 1.2 设计方案 (1) 2 基本原理 (1) 3 建立模型 (2) 3.1 系统前面板设计 (3) 3.2 系统程序框图设计 (3) 3.3 系统程序运行结果 (4) 4 结论与心得体会 (9) 4.1 实验结论 (9) 4.2 心得体会 (10) 5 参考文献 (10)
基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间
数字频谱分析仪设计论文
本科生毕业论设计 论文题目：数字频谱分析仪 姓名： 学号： 班级： 年级： 专业： 学院：机械与电子工程学院 指导教师： 完成时间：
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
数字电子时钟毕业设计
数字电子时钟毕业设 计 Revised on November 25, 2020
毕业设计（论文） 题目：多功能数字电子时钟 毕业时间：二O一二年七月 学生姓名：梁宇 指导教师：林喆 班级： 09电缆（1）班 2011 年 10月18日 摘要 数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。 振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。 分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。 计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。
译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。 由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。 为了使数字钟使用方便，在设计上使用了一个变压器和一个整流桥来实现数字钟电能的输入，使得可以方便地直接插入220V的交流电就可以正常地使用了。 关键词数字钟振荡计数校正报时 目录 1 设计目的 (4) 2 设计任务 (4) 设计指标 (4) 设计要求 (4) 3数字电子钟的组成和工作原理 (4) 数字钟的构成 (4) 原理分析 (4) 数字点钟的基本逻辑功能框图 (5) 4．数字钟的电路设计 (5) 电源电路的设计 (5) 秒信号发生器的设计 (6) 4.2.1方案一 (6) 4.2.2方案二 (6)
数字钟论文
基于单片机c语言的多功能数字钟的设计 系别：自动化系 专业名称：自动化 学生姓名：陈聪陈永宇蒋海勇 学号： 指导教师姓名、职称：李攀峰 完成日期2010 年06 月26 日
摘要 本设计论文主要介绍了用stc89c51单片机来控制数字钟的硬件结构和软件设计，给出了c语言的源程序。此数字钟是一个将“时”“分”“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，计时满刻度为23小时59分59秒，另外还有校时功能。电路由时钟脉冲发生器，时钟计时器，数码管驱动电路，以及蜂鸣器报时电路组成。数码管选用LED八段共阳数码管，在驱动电路下显示清晰，直观的数字符号。针对数字钟会产生走时误差的现象，在电路中有校准时间电路的功能的电路。 关键词：单片机；数字钟；计时；数码管
电子技术课程设计正文 一、电子设计题目: 数字钟设计 二、电子设计任务和基本要求: 1. 设计任务 基于单片机c语言设计一台可以显示时、分、秒的数字钟。 2. 基本要求 (1).能直接显示时、分、秒的数字钟，要求二十四为一计数周期。 (2).当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。 (3).具有整点报时的功能，在离整定10s时，便自动发出鸣叫声，步长1s，每隔1s鸣叫一次。 (4).计时准确度，每天计时的误差不超过10s。 (5).要求电源电压+5伏 三、课程设计题目分析: 1. 设计要点 (1).设计一个单片机小系统电路 (2).设计数码管显示电路 (3).设计按键校时电路
(4).设计蜂鸣器整点报时电路 2. 工作原理： (1) 单片机小系统原理： 单片机最小系统由晶振电路，复位电路和电源基本组成。晶振电路在电路上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序的所研究的是指令执行中每个信号之间的相互的关系。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按照时序进行工作。复位电路的成功与否，关系到单片机系统能否正常的工作，电路上电时候或电压波动不稳定的时候，当给单片机上电那一瞬间，电压有在几微秒内（有的是几毫秒内）不是直接跳变到5V的而是一个直线上升的阶段，这时候，单片机不能正常工作，需要复位电路给它延时以等到电压稳定。 (2) 数码管显示原理： 一般数码管的驱动是用三极管驱动的原理为，用三极管控制共阳极数码管是利用三极管的开关特性，用pnp三极管的话，集电极接地，然后通过基极控制三极管的通断，当通过单片机给基极一个低电平时，发射极导通，集电极与发射
【目录】基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计
【关键字】目录 目录 基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计 1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。
2基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间内有限数据。这样就导致频谱泄漏的存在。所以利用用加窗的方法来减少频谱泄漏。由于取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行FFT 变换之前，要先进行滤波处理。本设计采用了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆（Ellipse）、贝塞尔（Bessel）等滤波器。 以下说明时域分析与频域分析的功能 1）信号的时域分析主要是测量尝试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值的方式来表示信号的某些时域特征，是对尝试信号最简单直观的时域描述。将尝试信号采集到计算机后，在尝试VI中进行信号特征值处理，并在尝试VI前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给尝试VI的使用者提供一个了解尝试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 2）信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。测量时采集到的是时域波形，但是由于时域分析工具较少，往往把问题转换到频域来处理。频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。通过信号的频域分析，可以确定信号中含有的频率组成成分和频率分布范围；还可以确定信号中的各频率成分的幅值和能量；同时还能分析各信号之间的相互关系。 3建立模型 本设计中用LabVIEW中的信号发生控件来代替信号采集部分产生信号。整个系统的设计均由软件来仿真实现。 本设计的虚拟频谱分析仪由两个软件模块组成：信号发生器模块和频谱分析模块。处理过程如下：首先将信号发生模块产生的尝试信号送数字滤波器处理，滤除干扰噪声，然后分别进行时域分析、频域
基于MATLAB的频谱分析仪设计
基于MATLAB的信号频谱分析仪的实现 一、概述 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。 在工程领域中，MA TLAB是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MA TLAB显得游刃有余。本文将重点介绍虚拟频谱分析仪、MA TLAB软件及对正弦信号的频谱分析。 1.1虚拟频谱分析仪的功能包括： (1) 音频信号信号输入。输入的途径包括从声卡输入、从WAV文件输入、从信号发生器输入； (2) 信号波形分析。包括幅值、频率、周期、相位的估计，并计算统计量的峰值、均值、均方值和方差等信息； (3) 信号频谱分析。频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱和功率谱等信息的曲线。 2.1MA TLAB软件
二、实验原理 2.1快速傅立叶变换（FFT） 在各种信号序列中，有限长序列占重要地位。对有限长序列可以利用离散傅立叶变换(DFT)进行分析。DFT不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法(FFT)在计算机上进行分析。 有限长序列的DFT是其z变换在单位圆上的等距离采样，或者说是序列傅立叶的等距离采样，因此可以用于序列的谱分析。FFT是DFT 的一种快速算法，它是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小数据点的组合，从而减少运算量。 MATLAB为计算数据的离散快速傅立叶变换，提供了一系列丰富的数学函数，主要有Fft、Ifft、Fft2 、Ifft2, Fftn、ifftn和Fftshift、Ifftshift等。当所处理的数据的长度为2的幂次时，采用基-2算法进行计算，计算速度会显著增加。所以，要尽可能使所要处理的数据长度为2的幂次或者用添零的方式来添补数据使之成为2的幂次。 Fft函数调用方式：○1Y=fft(X)； ○2Y＝fft(X,N)； ○3Y＝fft(X,[],dim)或Y＝fft(X,N,dim)。 函数Ifft的参数应用与函数Fft完全相同。 2.2周期图法功率谱分析原理 周期图法是把随机数列x（n）的N个观测数据视为能量有限的序列，直接计算x（n）的傅立叶变换，得X(k)，然后再取幅值的平
(完整版)基于PLC控制_数字显示电子钟--英文文献翻译毕业论文
外文资料 PLC technique discussion and future development Along with the development of the ages, the technique that is nowadays is also gradually perfect, the competition plays more strong; the operation that list depends the artificial produce practice, automate brought the tremendous convenience and the product quantities for people up of assurance, also eased the personnel's labor strength, reduce the establishment on the personnel. The target control of the in many complicated production lines, whole and excellent turn, the best decision etc., well-trained operation work, technical personnel or expert, governor but can judge and operate easily, can acquire the satisfied result. The research target of the artificial intelligence makes use of the calculator exactly to carry out, imitate these intelligences behavior, moderating the work through person's brain and calculators, with the mode that person's machine combine, for resolve the very complicated problem to look for the best path We come in sight of the control that links after the electric appliances in various situation, that is already the that time generation past, now of after use in the mold a perhaps simple equipments of grass-roots control that the electric appliances can do for the low level only; And the PLC emergence also became the epoch-making topic, adding the vivid software control through a very and stable : The electrical engineering teacher already no longer electric that the button switch or the importation of the
数字钟电子设计论文
电子技术综合设计 姓名：学号： 专业：电气工程及自动化 题目：简易数字钟 专题：电子技术综合设计 指导教师： 设计地点：电工电子实验室 时间：年 12 月
电子技术综合设计任务书 学生姓名专业年级电气学号 设计日期：20 年11月16 日至20 年12 月日 设计题目：电子技术综合设计 设计专题题目：简易数字钟 设计主要内容和要求： 1. 主要内容： ①用CC4518双四位BCD同步加计数器设计60秒、60分、24小时归0 的计数电路； ②用CC4511 七段译码驱动/锁存器及LG5011AH共阴数码管设计译码及 显示电路（数码管需加限流电阻）； ③用脉冲开关设计校准功能； ④用32768Hz晶振构成秒脉冲信号发生器（32768Hz脉冲需经过CD4060 的14级分频得到2Hz脉冲，再经过CD4040的2分频得到秒脉冲）2. 整体电路原理图 60秒（60分）及24小时------计数、译码、显示(4路) 用8K复印纸手工画(如同实数字验指导书P22图6-5 ) 3. EWB仿真图 60秒、60分、24小时------计数、译码、显示（6路） 计算机打印 4. 设计原理图 用PROTEL99设计原理图并打印。 5. 设计PCB版图 用PROTEL99设计PCB板并打印。 6. 功能扩展要求 设计：①整点报时功能②12小时归1计数电路 指导教师签字：
摘要 21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。 本次设计以数字电子为主，分别对秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、校时电路、自带秒脉冲信号源进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有自带秒脉冲信号源、走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练使用计数器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计数器，例如CD4060、CD4518，译码集成电路，例如CD4511，LED数码管及各种门电路和基本的触发器等。 关键字：计数器；显示器；晶体振荡器；分频器；校时电路；
简易频谱分析仪课程设计
东北石油大学课程设计 2014年7月18 日
东北石油大学课程设计任务书 课程通信电子线路课程设计 题目简易频谱分析仪 专业姓名学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个测量频率范围覆盖为10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号的简易频谱分析仪。基本要求： （1）频率测量范围为10MHz--30MHz； （2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω； （3）可设置中心频率和扫频宽度； （4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz 的频标。 主要参考资料： [1]谢家奎．电子线路(非线性部分)［M］．北京:高等教育出版社． [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册［M］．北京:机械工业出版社． 完成期限2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年7 月14 日
摘要 系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A的处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。 关键词：SPCE061A；DDS；频谱分析仪
10频谱分析仪设计外文资料翻译
MATLAB的关键特性介绍 MATLAB 是一种应用于算法开发、数据显示、数据分析、数值计算方面的高级计算机语言和交互式开发环境。使用MATLAB软件，你能比例如C、C++, 或者Fortran更快的解决技术上的问题。 你能在很多领域使用MATLAB，例如信号或者图像处理、通讯、控制、测量、金融建模和生物学计算等。可以通过添加某些收集了特殊用途函数的工具箱来将MATLAB专门用于解决某一应用领域的问题。 MATLAB 为编排和分享你的功能提供了一系列的功能。你可以将MALAB 代码与其他语言整合，并且区别开算法与应用程序。 关键特性 (1)高级的计算语言。 (2)开发环境支持代码、文件、数据的管理。 (3)采用了为重复研究、设计和解决问题的交互式的工具。 (4)为线性代数、统计学、傅立叶分析、滤波器设计、最优化设计、数值综合等设计了相关的数学函数。 (5)为显示数据而准备了2-D 和3-D 图形功能。 (6)有个性化的用户接口工具。 (7)有外部语言（例如C, C++,Fortran, Java, COM,和Microsoft Excel）集成在Matlab中的函数。 开发算法和应用 MATLAB 提供了一个高级语言和开发工具，这些允许让你能迅速的开发和分析你的算法和应用。 MATLAB 语言 MATLAB 语言支持向量和矩阵，而这些是工程和特殊问题的基本。它允许快速的开发和执行。 有了MATLAB 语言，你可以比其他传统的语言在编写和开发算法方面更
加快速。因为你不再需要去执行一些低级的操作，例如定义变量、s制定数据类型和分配内存。在许多例子中，MATLAB 可以不用‘for’语句. 结果是一行MATLAB语句可以替代许多行的 C or C++ 代码. 同时，MATLAB 提供传统编程语言的所有特性，包括算法操作、流控制、数据结构、数据类型、面向对象(OOP)和调试特性。 MATLAB 允许你在执行一个命令或者一组命令时不去编译和链接，确保你能够迅速的重试而得到最优的解决方案。 为了能快速计算大型的矩阵和向量，MATLAB 使用了增强型处理器库。为了普通的标量计算，MATLAB 使用了即时编辑技术的机器码指令集。 这种在大多数平台上使用的技术提供了可以与传统的编程语言可以媲美的执行速度。 开发工具 MATLAB 包含的开发工具可以帮助你高效的实现你的算法。这些工具包括：: MATLAB Editor——提供标准的编辑和调试特点，例如设置断点和单步执行。 M-Lint Code Checker——分析你的代码和推荐的改变方法去改善它的性能和稳定性。 MATLAB Profiler——记录程序在每一行所花的时间。 Directory Reports——在一个文件夹中扫描所有的文件并且报告代码的效率、文件的差异、文件的依赖性和代码的覆盖等。 设计图形化的用户接口 你的可以使用交互式的工具GUIDE (图形化的用户接口开发环境) 去布置、设计和编辑用户接口。GUIDE 能为你提供列表框、下拉式菜单、按键、收音机式按钮、滚动条和MATLAB plots and ActiveX 控件. 或者，你也可以通过MATLAB 函数用程序的形式创建GUIs。 分析和访问数据
【精品完整版】基于51单片机的数字电子钟设计
本科毕业论文（设计） 题目基于51单片机的数字电子钟设计 院（系）电子工程与电气自动化学院 专业电气工程及其自动化 学生姓名 学号 10028116 指导教师王静洪作奎职称硕士讲师 论文字数 9682 完成日期:2014年5月20日
巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名：日期： 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明 本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文 (设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。 保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。 本人签名：日期： 导师签名：日期：
巢湖学院2014届本科毕业论文（设计） 基于51单片机的数字电子钟设计 摘要 随着时代的发展，生活节奏的加快，人们的时间观念愈来愈强，同时伴随着自动化、智能化及微电子技术的发展，人们用于计时的工具也在不断的更新，单片机等技术的出现使得数字电子钟有了新的发展方向。基于此本设计以单片机STC89C52为控制核心，采用美国DALLAS公司生产的实时时钟芯片DS12C887和液晶芯片LCD1602，该设计具有电路设计简单，结构合理，能够精确显示时间、星期、日期等优点，并且能够实时更新显示。本设计同时具有闹铃设置功能以及到时报警功能，按键操作简单方便。更重要的是时钟芯片DS12C887具有误差小，内部自带锂电池使得断电时时间不停，再次上电后时间仍然能够准确显示在液晶上的特点。 关键词：单片机；电子钟；DS12C887；LCD1602
电子时钟设计论文
一摘要 单片计算机即单片微型计算机。（Single-Chip Microcomputer ）,是集CPU ,RAM ,ROM , 定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51 单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习，应用，从而达到学习、设计、开发软、硬的能力。 二说明 系统由AT89C51、LED 数码管、按键、发光二极管等部分构成，能实现时间的调整、定 时时间的设定，输出等功能。系统的功能选择由SB0、SB1、SB2、SB3、SB4 完成。其中SB0 为时间校对，定时器调整功能键，按SB 0 进入调整状态。SB1 为功能切换键。第一轮按动 SB1 依次进入一路、二路、三路定时时间设臵提示程序，按SB3 进入各路定时调整状态。定 时时间到，二极管发亮。到了关断时间后灭掉。如果不进入继续按SB1 键，依次进入时间?年?位校对、?月?位校对、?日?位校对、?时?位校对、?分?位校对、?秒?位 校对状态。不管是进入那种状态，按动SB2 皆可以使被调整位进行不进位增量加1 变化。各 预臵量设臵完成后，系统将所有的设臵存入RAM 中，按SB1 退出调整状态。上电后，系统自 动进入计时状态，起始于? 00?时? 00?分。SB4 为年月日显示转换键，可使原来显示时分秒转换显示年月日。 三、电路原理分析 1. 显示原理 电原理图见附图1。由6 个共阴极的数码管组成时、分、秒的显示。P0 口的8 条数据线 P0.0 至P0.7 分别与两个CD4511 译码的ABCD 口相接，P2 口的P2.0 至P2.2 分别通过电阻 R10 至R13 与VT1 至VT3 的基极相连接。这样通过P0 口送出一个存储单元的高位、低位BCD 显示代码，通过P2 口送出扫描选通代码轮流点亮LED1 至LED6，就会将要显示的数据在数 码管中显示出来。从P0 口输出的代码是BCD 码，从P2 口输出的就是位选码。这是扫描显示 原理。 。 2 键盘及读数原理 键盘是人与微机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去 抖动的方法处理，软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电 平是不稳定的，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里 采用软件延时的方法来避开抖动，延时时间20ms. 3 连击功能的实现 按下某键时，对应的功能键解释程序得到执行，如操作者没有释放按键，则对应 的功能会反复执行，好象连续执行，在这里我们采用软件延时250ms,当按键没释放则
音频频谱分析仪设计
信号处理实验 实验八：音频频谱分析仪设计与实现
一、实验名称：音频频谱分析仪设计与实现 二、实验原理： MATLAB是一个数据信息和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。本实验可以用MATLAB进行音频信号频谱分析仪的设计与实现。 1、信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图所示。
其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。 2、数字信号统计量估计 (1) 峰值P的估计 在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 式中，N为样本容量，下同。 (3) 均方值估计
基于LabVIEW的频谱分析仪的设计--开题报告
XXXX大学学生开题报告表 课题名称基于LabVIEW的频谱分析仪的设计 课题来源实际课题类型 E 导师XXX 学生姓名XXX 学号XXX 专业电子信息工程开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。） 1、调研资料的准备 在毕业设计前期，利用图书馆、互联网获取了LabVIEW软件及频谱分析仪的设计的相关资料；对于题目关键技术要点，通过向导师答疑以及与同组同学讨论的方式得到解决，从而确定了题目的技术方案；在后续的设计过程中，还将继续利用图书馆、互联网等途径获取与设计有关的知识，并加强与导师的沟通。 2、设计目的、要求 题目主要是利用LabVIEW软件设计出简单的频谱分析仪，根据频谱分析仪的原理确定其功能，结合LabVIEW软件平台的特点对仪器做出设计和软件编程，实现对信号的分析和研究。 整个系统由虚拟信号发生器模块、虚拟信号滤波器模块和频谱分析模块三部分组成。虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。 掌握基于LabVIEW编程的相关知识和信号的频谱分析方法，要求系统能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，可以叠加各种干扰噪声并对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。完成15000字以上的毕业设计论文，并翻译3000汉字以上的相关英文资料。 3、设计思路与预期成果 根据频谱分析仪的原理确定分析幅度谱、相位谱、自功率谱、互功率谱功能，然后结合LabVIEW软件平台特点实施仪器系统的总体设计和软件编程，最后进行系统调试试验。 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理。频谱分析仪是在虚拟示波器的基础上调用滤波函数、加窗函数、FFT函数得到信号频谱特性参数的仪器。实现方法如下：经过采样，将连续时间信号变为离散时间信号，接着利用LabVIEW强大的数字信号处理功能，对这组数据进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。 在采样过程中，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，以满足采样定理，从而防止
数字电子钟设计毕业论文
数字电子钟设计毕业论文 目录 论文摘要 (1) 关键词：数字电路集成电路逻辑电路 (1) Abstract (2) 目录 (3) 第1章数字电子钟设计总体方案 (5) 1.1.1数字计时器的设计思想 (5) 1.1.2数字电子钟组成框图 (6) 1.1.3 单元电路设计 (6) 第2章数字逻辑电路概述 (9) 2.1 数字电路的特点 (9) 2.2 数制 (10) 2.2.1十进制 (10) 2.2.2 二进制 (10) 2.2.3 十六进制 (11) 2.2.4 不同进制数的表示符号 (12) 2.3 不同进制数之间的转换 (12) 2.3.1 二、十六进制数转换成十进制数 (12) 2.3.2 二进制与十六进制数之间的转换 (12) 2.3.3 十进制数转换成二、十六进制数 (13) 2.4 二进制代码 (15) 2.4.1 自然二进制代码 (15) 2.4.2 二–十进制代码（ＢＣＤ码） (15) 2.5基本逻辑运算 (16) 2.5.1 与逻辑运算 (16) 2.5.2 或逻辑运算 (17) 2.5.3 非逻辑运算 (18) 第3章逻辑门电路 (19) 3.1 基本逻辑门电路 (19) 3.1.1 与门电路 (19) 3.1.2 或门电路 (20) 3.1.3 非门电路 (21) 3.1.4 复合逻辑门 (22) 第4章组合逻辑电路 (24) 4.1 组合逻辑电路的分析与设计 (24) 4.1.1 组合逻辑电路的分析 (24) 4.1.2 组合逻辑电路的设计 (26) 4.2 编码器 (29)
4.2.1 编码器的工作原理 (29) 4.3译码器和数字显示电路 (32) 4.3.1 二进制译码器 (32) 4.3.2 显示译码器 (34) 第5章触发器 (37) 5.1 RS触发器 (37) 5.1.1 基本RS触发器 (37) 5.1.2 同步RS触发器 (39) 5.2 JK、D、T触发器 (40) 5.2.１ JK触发器 (40) 5.2.2 D触发器 (42) 5.2.3 T触发器 (43) 第6章时序逻辑电路 (44) 6.1 时序逻辑电路的基本概念 (44) 6.1.1 时序逻辑电路的基本结构及特点 (44) 6.1.2 时序逻辑电路的分类 (45) 6.2 时序逻辑电路的分析 (45) 6.2.1 分析时序逻辑电路的步骤 (45) 6.2.2 同步时序逻辑电路的分析及应用 (45) 6.2.3 异步时序逻辑电路的分析及应用 (48) 6.3 同步时序电路的设计 (50) 6.3.1 同步时序逻辑电路设计的步骤 (51) 6.3.2 同步时序逻辑电路设计的应用 (52) 6.4计数器 (56) 6.4.1 二进制计数器 (56) 6.4.2 同步十进制加法计数器 (58) 6.5 脉冲信号的产生 (60) 6.5.1 由与非门组成的多谐振荡器 (60) 6.5.2 石英晶体时钟脉冲发生器 (61) 结论 (63) 谢辞 (64) 参考文献 (65)
单片机电子时钟论文
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 单片机原理及应用课程设计论文 设计题目：单片机电子时钟设计 学生姓名：别申浩戴秀锋王铸 学院名称：电气于信息工程学院 专业名称：电子信息工程 班级名称：电子1142 学号：10 16 33 完成时间： 2014年3月6日 2014年3月6日
任务分配表 班级学号姓名完成主要任务电子 1142 10 别申浩 Protues电路仿真，protel原理图及 pcb图绘制，完成开题报告及论文 电子 1142 16 戴秀锋 Protues电路仿真，protel原理图及 pcb图绘制，完成开题报告及论文 电子 1142 33 王铸 Protues电路仿真，protel原理图及 pcb图绘制，完成开题报告及论文
单片机电子时钟设计 别申浩戴秀锋王铸 电子1142 10 16 33 摘要： 本文设计以ATM89C51芯片作为硬件核心，用LCD液晶显示屏为显示系统，使用单片机自身计时系统，完成一个简易的电子时钟系统。该系统具有订正时间，秒表，闹钟等功能。设计过程中运用了protues，keil软件进行了画图仿真及系统程序的编写，还运用了protel软件进行了原理图及pcb图的设计绘制。本次实习通过对电子时钟的设计，熟悉了各种软件的运用，加深了对单片机语言的理解，学习了对LCD液晶显示设备的控制，对以后的学习工作积累了宝贵经验。关键词：A T89C51单片机LM016L显示器电子时钟
0 引言 当你每天被床边的电子时钟叫醒的时候，你便开始了与单片机相处的一天。 首先，你需要用电热水器来洗个澡；然后，你需要用电饭煲来填饱肚子，你或许还需要用洗衣机来清理换下来的脏衣服。当一切都准备好了，你需要一辆汽车载你去上班。当你工作的时候还需要用到手机去联系你的大客户。终于，到了下班时间，需要放松一下的你又打开了电视机……看，这些与我们生活息息相关的电器，他们都有一个同一样的心脏—单片机。而本次设计就是以我们最亲密的朋友51系列单片机为基础的电子时钟设计。 现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法。 本文主要介绍用单片机内部的定时/计数器来实现电子时钟的设计，本设计由单片机AT89C51芯片和LCD液晶显示屏为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。