音频信号分析仪的设计
2012~2013学年 第一学期
《单片机原理与应用》
课 程 设 计 报 告
题 目： 音频信号分析仪的设计
专 业： 通信工程
班 级： 10通信工程(2)班
姓 名： 王俊 戴家欣 李挺捷
夏宁 卞颂扬
指导教师： ***
电气工程系
2012年10月27日
I 《单片机原理与应用》任务书
课题名称 音频信号分析仪的设计
指导教师（职称） 周珍艮（副教授）崔雪英（讲师）
执行时间 2012～2013学年第一学期 第8周
学生姓名 学号 承担任务
王俊 1009131064 音频信号分析仪原理的设计
戴家欣 1009131010 音频信号分析仪总体的设计
李挺捷 1009131036 音频信号分析仪单元电路的设计
夏宁 1009131076 音频信号分析仪软件的设计
卞颂扬 1009131002 音频信号分析仪系统的测试
设计目的
设计制作一台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。
设计要求 1、设计制作一台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；
2、仪器能够检测的输入信号的范围（峰峰值）为100mV5V，并可进一步扩展输入信号的动态范围；
3、能实现对输入信号进行频率和功率的检测，其中对信号频率的分辨力为100Hz，并可扩展至20Hz；
4、具有判断信号的周期性及测量正弦信号的失真度功能。
II 摘 要
本音频信号分析仪由32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，然后通过高分辨率的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20Hz-10KHz，其幅度范围为100mV-5V，分辨力分为20Hz和100Hz两档。测量功率精确度高达1%,并且能够准确的测量周期信号的周期，是理想的音频信号分析仪的解决方案。
关键词： FFT MCU 频谱 功率 分辨力
III 目录
《单片机原理与应用》任务书 ................................................................................................ I
摘要 ................................................................................................................................................ II
目录 ............................................................................................................................................... III
第一章 音频信号分析仪设计原理......................................................................................... 1
1.1 采样方法比较与选择 ........................................................................................................ 1
1.2 处理器的比较与选择 ........................................................................................................ 1
1.3 周期性判别与测量方法比较与选择 ................................................................................ 3
第二章 系统设计 ........................................................................................................................ 4
2.1 总体设计 ............................................................................................................................ 4
2.2 单元电路设计 .................................................................................................................... 5
2.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计 ............................................................................. 5
2.2.2 AD转换及控制模块电路设计 ............................................................................ 7
2.2.3 功率谱测量 ............................................................................................................. 7
第三章 软件设计 ........................................................................................................................ 9
第四章 系统测试 ...................................................................................................................... 10
4.1总功率测量（室温条件下） ........................................................................................... 10
4.2 单个频率分量测量（室温条件下） .............................................................................. 10
结论 ............................................................................................................................................... 12
参考文献 ...................................................................................................................................... 13
附录 ............................................................................................................................................... 14
附1：电路图图纸 .................................................................................................................. 14
附2：程序清单 ...................................................................................................................... 15
答辩记录及评分表 .................................................................................................................... 21
1
第一章 音频信号分析仪设计原理
1.1 采样方法比较与选择
方案一、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、直接由32位MCU的定时中断进行信号的采集，然后对信号分析。
由于32位MCU -LPC2148是60M的单指令周期处理器，所以其定时精确度为16.7ns,已经远远可以实现我们的40.96KHz的采样率，而且控制方便成本便宜，所以我们选择由MCU直接采样。
1.2 处理器的比较与选择
系统方案一：基于ARMST710的专用芯片的体统方案。基于ARM ST710音频频谱分析仪系统原理图如下 信号输入
图1-1 音频频谱分析仪系统原理图（1）
该方案采用DSP专用芯片ARM ST710进行控制和FFT计算，速度快，且具有波形存储和处理后的波形可以重放功能。还配有输出接口与示波器销量。可以从时域和频域观察波形，非常直观、实用。 LCD接口 LCD
SRAM
FLASH
SDCard ADC DAC
MCU ARMSTTIO
SDCard
接口 USB
接口
音频分析仪使用方法说明书
音频分析仪使用方法说明书
一、前言
音频分析仪是一种用于分析和测量音频信号的仪器。本说明书旨在为用户提供操作指南，帮助用户正确使用音频分析仪。
二、产品概述
音频分析仪是一种多功能仪器，能够对音频信号进行频谱分析、频率测量、失真检测等操作。它可以广泛应用于音频工程、音乐制作、声学研究等领域。
三、仪器配置
1. 主机：音频分析仪的主要控制单元，包含显示屏、调节旋钮、按钮等操作控制部件。
2. 探头：用于接收音频信号并传输给主机进行分析。
3. 电源适配器：用于供电。
四、操作步骤
以下是使用音频分析仪的基本操作步骤：
1. 连接电源：将电源适配器插入音频分析仪的电源插孔，并将另一端插入电源插座。
2. 连接探头：将探头连接到音频分析仪的探头接口上，确保连接牢固。 3. 打开电源：按下主机上的电源按钮，音频分析仪将开始启动。
4. 调节参数：使用主机上的调节旋钮，可以调节分析仪的参数，如频率范围、时间窗口等。根据具体需求进行调整。
5. 选择分析模式：音频分析仪通常具有多种分析模式，如频谱分析、频率测量、失真检测等。根据需要选择相应的模式。
6. 进行分析：根据选择的分析模式，将音频信号输入探头。音频分析仪将对该信号进行相应的分析，并在显示屏上显示结果。
7. 结果解读：根据显示屏上的结果，用户可以对音频信号进行进一步的判断和分析。注意观察频谱图、频率数值、失真程度等参数。
8. 关闭仪器：使用完毕后，先将音频信号断开，然后按下主机上的电源按钮，将音频分析仪关闭。
五、注意事项
1. 请严格按照说明书的指引进行操作，避免任何不必要的损坏或故障。
2. 使用音频分析仪时，请确保工作环境安全，避免水、尘埃等物质对仪器造成影响。
3. 在操作过程中，避免过度调节参数，以免对音频信号产生误解。
4. 长时间使用音频分析仪时，注意及时散热，避免过热引起仪器故障。
六、维护保养 1. 使用后，请及时将音频分析仪存放在干燥、通风的地方。
基于安卓频谱分析仪的探究性实验设计
基于安卓频谱分析仪的探究性实验设计
陆玲霞;彭勇刚;贺东星
【摘 要】该文针对目前市场上频谱分析仪价格昂贵，且开源性和便携性差等问题，基于 ARM芯片和目前流行的 Google移动平台 Android 操作系统进行了应用研究，在智能手机上设计一款频谱分析软件。该软件通过设计 FFT 算法实现对音频信号的实时处理，在手机屏幕实时显示出频谱图，实现频谱分析仪的功能，该设计是将 Android 操作系统用于工业自动化控制平台的一个创新。该频谱分析仪简单方便，并具备良好的人机界面，同时也满足时延、性能和无缝等实际要求，为嵌入式课程开展探究性实验提供良好的实验素材。%According to the problems of
the spectrum analyzer expensive and with poor open source and
portability,based on the ARMseries of architecture A8 and popular mobile
platform of Android OS recently,a piece of spectrum analysis software was
designed in the smart phone through the FFT algorithm in order to real -time process the audio signal,and also the spectrum was real -time dis-played through the mobile phone screen to realize the function of
spectrum analyzer.This way is a kind of pioneering work which the An-droid OS is used in the field of industrial automation and control
N9030A-PXA 信号分析仪
C类认证
可用的频率范围
N9030A-5033 Hz至3.6 GHz
N9030A-5083 Hz至8.4 GHz
N9030A-5133 Hz至13.6 GHz
N9030A-5263 Hz至26.5 GHzAgilent
PXA信号分析仪
N9030A技术资料目录
定义和条件 .............................................3
频率和时间技术指标 ...........................4
频率范围 .............................................4
频段 ......................................................4
频率参考 .............................................4
频率读出精度 ....................................4
标记频率计数器 ...............................4
频段扫宽 ............................................5
扫描时间和触发 ...............................5
时间选通 .............................................5
扫描(迹线)点范围 ............................5
分辨率带宽 (RBW) ............................5
分析带宽 .............................................6
视频带宽(VBW) .................................6
测量速度 .............................................6
毕业设计---基于TMS320F2812的频谱分析仪设计
毕 业 设 计（论 文）
题 目 基于TMS320F2812的频谱分析仪设计
专 业 电子信息科学与技术
学生姓名
班级学号 B****** B********
指导教师
指导单位 通信与信息工程学院
日期：2011年11月7日至2012年6月15日 毕业设计（论文）原创性声明
本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。
论文作者签名：
日期： 年 月 日
摘 要
随着计算机和微电子技术的飞速发展,基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并且发挥着重要作用。但是在教学实践过程中,由于频谱分析仪价格昂贵,不能直观地给学生展示信号的频谱,从而使教学效果受到影响。 所以这个时候一个简单的频谱分析仪就显得很是简单实用，可以很直观地观察信号频谱以及对信号的各项参数的观测。可以为数字信号处理的教学实践带来更多的帮助。
在本论文中采用TI的32位数字信号处理芯片TMS320F2812作为信号采集和处理的核心，通过片上自带的12位模数转换模块进行数据采集。采集后的数据存储在片内存储器中。数字处理部分主要是进行快速傅立叶变换的分析。再通过片内数模转换单元转换为模拟信号输出。
全文介绍了DSP原理， TI公司TMS320系列F2812芯片资源，以及TMS320的软件集成开发环境(CCS)。对频谱分析的实现作了细致的描述和分析．对数字信号处理中最经典的应用——快速傅立叶变换(FFT)运算，在定点DSP芯片上的实现做了分析和研究。
关键词：TMS320F2812；DSP；频谱分析；FFT
虚拟式音频分析仪
科技信息
大连民族学院信息与通信工程学院段继邵玫关邢洁
１、引言 虚拟仪器技术就是￣ＩＪＪＨ高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软
件水完成符种测试、测地和自动化的应用。我们将ＬａｂＶＩＥＷ图形化开
发Ｔ 具¨】于产 “］１１没计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产
Ｉ＾投放ｍ场的时间，并提高了产品开发和生产的效率。本系统所设计
的虚拟』 频分析仪拥彳『对信号进行调理、采集、数据分析、结果显示
和仔储等功能，Ｊ｝且具有高度集成，更新较快，扩展性好．用户参与强，
操作简便，经济实川，适Ｊ｛｛面广泛的特点。还可以对其进行进一步的推
ｆ ‘和扩充．其应Ｊ＿ｌｊ前 非常乐观。
２、ＬａｂＶｌＥＷ简介 ＩｍｂＶＩＥＷ（ＩｍｌｌＩ￣ｒａｔ（：，ｒｙ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ！Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ）是
一种图形化的编程 言 的开发环境一使用这种语言编程时，基本上不
写程序代码，取而代之的是流稃冈 它尽可能利用了技术人员、科学
家、ｒ程帅所熟悉的术语、图形和概念，使编程简单直观．大大提高了程
序的可缕性，并且降低厂软件的编程难度，缩短了开发周期，初学者在
很短Ｖ，ｊＨ，Ｈ￣】内就ｎ丁以掌握编程思想。Ｉ，ａｂＶＩＥＷ自带了程序调试、仿真、
错误处理等功能，使得 序的调试也变得很简单、方便。
３、系统功能设计
小系统要吱脱的虚拟』 爵步砸分析仪主要分为五个模块：采集模块．
分析模块， 示幞块，辅助功能模块以及主拧模块
数据采集模块的主要功能是将待测的物理俯号转化为计算机可以
披处 的离散数 序列 分析模块的功能是对采集模块得到的数字 列进行 种运算，从而得到分析的结 、显示模块负责显示Ⅲ交直
流Ｉ 、频率特・ 硬凿波失真等符项分析结 、辅助模块包括实时报
、数 ｆ 仃、报丧“ＦＩＪ等功能主控模块提供川户接口，通过统一调
度符功能模块完成ＪＩ１） 指令
３．Ｉ硬件 脱 水系统的硬件楚靠汁算机的通Ｊ刳声卡米实脱的，声卡主要仃Ｌｉｎｅ
N9030A-PXA 信号分析仪 2
C类认证
可用的频率范围
N9030A-5033 Hz至3.6 GHz
N9030A-5083 Hz至8.4 GHz
N9030A-5133 Hz至13.6 GHz
N9030A-5263 Hz至26.5 GHzAgilent
PXA信号分析仪
N9030A技术资料目录
定义和条件 .............................................3
频率和时间技术指标 ...........................4
频率范围 .............................................4
频段 ......................................................4
频率参考 .............................................4
频率读出精度 ....................................4
标记频率计数器 ...............................4
频段扫宽 ............................................5
扫描时间和触发 ...............................5
时间选通 .............................................5
扫描(迹线)点范围 ............................5
分辨率带宽 (RBW) ............................5
分析带宽 .............................................6
视频带宽(VBW) .................................6
测量速度 .............................................6
优利德 UTS5000A系列信号分析仪数据手册 说明书
UTS5000A系列信号分析仪
数据手册
REV0
2023.122/
21频率范围从9kHz到最高26.5GHz
显示平均噪声电平DANL可达-163dBm(典型值)
相位噪声<-107dBc/Hz(偏移10kHz处,典型值)
扫描点数最高到100001点
最小分辨率带宽(RBW)1Hz
支持高级一键测量(选件)
支持EMI预扫分析功能(选件)
支持模拟解调分析(选件)
支持矢量信号分析(选件)
支持实时频谱分析(选件)
支持I/Q分析(选件)
配置15.6英寸1920x1080高清电容触摸薄膜晶体管LCD显示屏
外围接口丰富：支持键盘、鼠标、存储、上位机、远程控制、Web控制、多设备同步、演示监控、音频蜂鸣器等。3/
21多点触控高清屏快速完成操作
15.6英寸多点触控高清电容屏快速菜单设置,支持对迹线进行拖动、展开、缩放等多种手势操作,便捷的人机交互操作,最大程度解决使用繁琐不易操作的问题。
出色的灵敏度可测试更微弱信号
微弱信号的测试容易受到频谱仪本身的本底噪声影响。UTS5000A系列显示平均噪声电平低至-163dBm,出色的灵敏度可以有效对微弱信号进行测试。可拆卸防尘网
采用可拆卸的防尘网,仪器使用一段时间后,用户可自行清除进风口粉尘。保证整机的可靠性,可避免由粉尘引起的短路、烧毁或者起火。
模拟解调
提供AM，FM调制信号解调分析4/21扫描100001点数
UTS5000A系列提供最高到100001个扫描点数,提供更高的频率分辨率,更易捕捉不易被发现的信号。
优秀的选择性
具有更强的邻近不等幅度的信号分辨能力。EMI预兼容和一致性测试
尽早通过抗电磁干扰(EMI)性能测试,可以避免延误产品上市。为确保最终的EMI一致性测试获得成功,应在产品开发过程中进行预兼容测试。在设计周期中尽早发现EMI问题,可以在内部进行传导和辐射发射测试,从而缩短测试周期。5
21产品功能与型号对照表UTS5013AUTS5026A频谱分析●●矢量信号分析
深圳爱普泰科电子有限公司 A8 音频测试解决方案说明书
深圳市爱普泰科电子有限公司深圳市爱普泰科电子有限公司地址：深圳市龙华区观光路1310号龙华区半导体产业园2栋1楼T:0755-83680078E:****************
专业音频及自动化测试解决方案目录
1.A8简介.............................................................................................................................1
1.1研发背景..................................................................................................................1
1.2关键特性..................................................................................................................1
1.3性能指标..................................................................................................................2
1.4硬件接口描述..........................................................................................................3
1.4.1标准配置.........................................................................................................3
音频分析仪说明书
一． 安全须知 ..................................................................................................................................................................................................................................... 1
二． 功能特性说明 ............................................................................................................................................................................................................................. 1
三． 规格 ............................................................................................................................................................................................................................................. 2
四． 控制健与功能 ............................................................................................................................................................................................................................. 2
基于FPGA的数字频谱分析仪
目录
1. 设计概述 ........................................................................... 1
2. 设计目标 ........................................................................... 2
3. 设计思想 ........................................................................... 3
4. 系统结构 ........................................................................... 4
4.1 系统硬件结构框图 ................................................................ 4
4.2 系统软件结构框图 ................................................................ 5
5. 系统单元电路的设计 ................................................................. 5
5.1 ADC采样模块设计 ................................................................. 5
5.1.1 WM7831芯片简介 .............................................................. 5
5.1.2 WM8731芯片控制 .............................................................. 6