音频信号分析仪
音频分析仪
音频分析仪音频分析仪是一种用于分析、处理和测量声音信号的仪器。
它可以帮助我们深入了解声音的特性和特征，从而应用于各种领域，如音乐、语音识别、语音合成、声音效果设计等。
本文将介绍音频分析仪的原理、应用以及发展趋势。
音频分析仪的原理基于信号处理和频谱分析。
它通过接收声音信号，并将其转换为数字信号进行处理。
然后，它使用不同的算法和技术来分析声音信号的频谱、波形、能量分布等特性。
通过这些分析结果，我们可以了解声音信号的频域、时域以及各种参数的变化情况。
音频分析仪在音乐领域中有着广泛的应用。
音乐制作过程中，我们可以使用音频分析仪来分析乐器的音色特征，以及乐曲中各个音轨的频谱分布和能量衰减情况。
通过这些分析结果，我们可以对声音进行混音、均衡器、压缩器等处理，从而达到更好的音质效果。
此外，音频分析仪还可以帮助我们分析音乐的节奏、音高以及和声等参数，从而提供更多的音乐信息。
在语音识别和语音合成领域，音频分析仪也发挥着重要的作用。
在语音识别中，音频分析仪可以帮助我们提取音频信号的特征向量，以便用于识别和辨别语音。
通过分析声音的频谱、波形以及声学特征，我们可以将声音信号与语音库中的模板进行比对，从而实现准确的语音识别。
而在语音合成中，音频分析仪可以帮助我们分析和合成不同音节、音调和音色的声音，从而实现自然流畅的语音生成。
除了音乐和语音领域，音频分析仪还可以应用于声音效果设计、噪声控制、通信系统等多个领域。
在声音效果设计中，音频分析仪可以帮助我们对声音进行特效处理，如回声、混响、剧院音效等。
在噪声控制方面，音频分析仪可以帮助我们分析噪声的频谱和能量分布，以便采取相应的降噪措施。
在通信系统中，音频分析仪可以帮助我们分析语音信号的质量和可理解度，对通信质量进行评估和优化。
随着科技的不断发展，音频分析仪也在不断演进和创新。
一方面，随着计算能力的提升，音频分析仪可以处理更复杂的音频信号，并提取出更多的声学特征。
另一方面，借助机器学习和深度学习的技术，音频分析仪可以实现更准确、自动化的音频处理和分析。
音频信号分析仪的设计
输
入
图 １ 系统总 体框 图
ｌ 系统 硬 件 电路 设 计
本系统 的硬件 电路 主要 由信号 预 处理 模块 、 号采 集 信 模块 、 号 的频 谱分 析模 块 、 钟触 发信 号 、 信 时 系统控 制模 块 和键 盘显示 模块 ６ 部分组 成 。系统组 成框 图如 图 １ 所示 。
Ｋｅ ｗ ｒｓ ａ ｄｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙｓｇ ａ； ＦＦ ｙ ｏ ｄ ： ｕ ｉ ｒｑ ｅ ｃ ｉｎ ｌ Ｔ； ａ ａｙ ｉ ｆｆｅ ｕ ｎ ｙ ｎ ｌｓｓｏ ｗｅ ｎ ｌｓｓｏ ｒｑ ｅ ｃ ；ａ ａｙ ｉ ｆｐ ｏ ｒ
Ｏ 引
言
音频信 号分析 仪是 一种 用来 对 被测 信 号进 行 频率 、 频 谱及 波形分 析 的 重要 测 量 工 具 。它 主要 利 用 频 谱 分 析 原 理， 频谱 分析是 把 信 号 的能 量 用 频 率 的 函数 显 示 出来 ， 该 仪器广 泛应用 于 电声 测 量 、 频 制 作 、 号 分 析 乃 至 振 动 音 信
维普资讯
电
子
测
量
技
术
第３卷 第 ９ １ 期
２０ 年 ９ ０８ 月
Ｅ ＬＥＣ ＴＲ０ＮＩ Ｃ Ｍ ＥＡＳ ＵＲＥ Ｅ Ｍ ＮＴ ＴＥ ＣＨ Ｎ０Ｌ０ＧＹ
音 频 信 号 分 析 仪ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的 设 计
王金庭 夏春华
４０ ０ ） ３ ２ ５ （ 北经济学院电子３ 程 系 武汉 湖 － 摘
要：本文介绍 了音频信号频谱分析的原理以及音频分析仪的硬件结 构和软件设计 。该设计是基于快速傅立叶变
换（ Ｆ 的方法对采集 的音频信号进行频谱分析 ， 到音频信号 的频率及功率 。Ｆ Ｔ算 法采用凌 阳 Ｓ Ｃ ０ １ Ｆ Ｔ） 得 Ｆ Ｐ Ｅ ６ Ａ单片 机 Ｃ语 言实现 ， 以完成 ２ ６ 的 Ｆ Ｔ运算 ， 可 ５点 Ｆ 频率 分辨率达 到 １０ Ｈｚ输入 信号 电压 （ ０ ， 峰峰值 ） 以达 到 １０ｍＶ～ 可 ０ ４Ｖ， 检测 出的各频率分量的功率之和不小于总功率值 的 ９ ， ６ 单个频率功率误 差小 于 ８ 可测量被测正弦信号的失 ％，
音频信号分析仪设计
调 理 模 块 、 混 叠 滤 波模 块 、 Ｄ ３ 抗 Ａ ６７检 波 模 块 、 ／ Ａ Ｄ采 样 模 块 等模 块 构 成 。 采 用 数 字信 号 处 理 技 术 ． Ｆ Ｇ 内部 完 在 ＰＡ 成 了 ２０ ８点 的 浮 点 型 Ｆ 计 算 ， 准 确 判 断 频 率 成 分 在 ２ ～ ０ｋ ｚ 幅 值 范 围 在 ０１ 一 ０Ｖ 的 输 入 信 号 的 功 ４ 丌 能 ０Ｈｚ １ Ｈ 、 ． ｍＶ １ 率谱 及 其 总 功 率 ， 率分 辨 力 最 高 可 达 １ ｚ 并 能 分 析 正 弦 信 号 的失 真 度 。系统 对 待 测 量 ５Ｓ 新 一次 并 可 实 时 显 频 ０Ｈ ， 刷 示 。 另 外 还 增 加 了掉 电存 储 回放 显 示及 信 号 频 谱 显 示 的功 能 。
１ 引 言
音频分 析是 以数字 音频信 号为分 析对象 ， 以数 字
抗混 叠滤波模块 、 Ｄ ３ Ａ ６ ７检波模 块 、 ／ ＡＤ采样模块等模 块 构成 ， 一步 提 高 了频 率 分辨 力 ， 进 扩展 了数 据 的掉 电存储 与频 谱显示 的功能 。
ｄ ｔ ｒ ｎ ｈ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｈ ０Ｈｚ ｌ Ｈｚ ｎ ｅ ｐ ｗ ｒ ｓ ｅ ｔ ｍ ｎ ｅ ｔｔ ｌｐ ｗｅ ｆｔ ｅ ０ １ ｍＶ一 ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｔ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｆ ｔｅ ２ ￣ Ｏｋ ．ａ ｄ ｔ ｏ ｅ ｐ ｃｒ ｈ ｕ ａ ｄ ｔ ｏ ａ ｏ ｒｏ ． ｈ ｈ １ ｉ ｐ ｔ ｓ ｎ １ ａ ｄ ｔ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｓ ｌ ｔ ｎ ｉ ｕ ｏ ０ Ｈｚ Ｔ ｅ ｓｎ ｓ ｉ ａ ｉｎ ｌ ｄ ｓ ｒ ｏ ｉ ａ ａｙ ｅ ａｓ ． Ｏ Ｖ ｎ ｕ ｉ ａ ． ｎ ｈ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｏ ｕｉ ｓ ｐ ｔ １ ． ｇ ｏ ｈ ｉ ｕ ｏｄ ｌ ｓｇ ａ ｉｔ ｔ ｎ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｌ ｏ ｉ ｏ
结合实例谈音频信号分析仪硬件系统
结合实例谈音频信号分析仪硬件系统【摘要】本系统利用fft法对音频信号进行频谱分析，应用at89c52芯片作为系统的核心。
再配以采样保持、程控放大等功能模块，构成了一个简易音频信号分析仪硬件系统，该系统可以对信号进行采集，并进行数据的频域处理，然后通过按键控制可在led 数码管上显示功率和频率。
【关键字】音频信号；单片机；采样保持；程控放大1 音频信号分析仪系统1.1系统构成考虑到虚拟仪器技术的特点，音频信号分析仪利用虚拟仪器技术，采用虚拟仪器的构建方式。
整个系统由信号采集、信号分析和信号显示输出三个部分组成。
1.2工作原理首先将信号采集到微处理器中并作预先处理，然后通过实时或延时方式实现上述各种数据分析，并将分析结果以图形方式输出或保存，从而实现整个系统的功能。
1.3硬件设计本文所设计的音频信号分析仪硬件构成如图1所示。
由此我们可以得到其硬件组成，在接下来的几个章节里将对整个硬件系统分模块进行分析。
图1 音频信号分析仪的硬件组成由上可知，输入信号通过程控放大后，由采样保持模块对信号进行采样，然后经过模数转换器，把模拟信号转换为数字信号后进行fft变换，最后进行数据上的显示。
2 输入模块输入模块由程控放大器及偏置两部分组成，下面将对其加以阐述。
2.1程控放大模块由于一般的100mv-2v的电压。
我们选择直通，也就是说信号没有衰减或者放大，但是若信号太小，8位的a/d转换器在2.5v参考电压的条件下的最小分辨力为1mv左右，所以如果选择直通的话其离散化处理的误差将会很大，所以若是采集到信号后发现其值太小，在20mv-250mv之间的话，我们可以将其认定为小信号，从而选择信号经过20倍增益的放大器后再进行a/d采样。
这样一来可以大大提高了采样的精度。
这里选用单边八通道多路开关cd4051和运算放大器ca741组成程控增益放大器，可以通过程序控制多路开关cd4051的二进制控制输入端，切换多路开关。
在设计中将采用单边八通道多路开关cd4051和运算放大器ca741组成程控增益放大器。
音频信号分析仪设计
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关键 字 ： ３４ Ｂ Ｘ Ｓ Ｃ ４ Ｏ；频谱 分 析 ： Ｆ ＤＴ 中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ８２ Ｐ ６ ． 文 献标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ７ — ７ ２ （０ ７９ ０ ４ — ２ ６ １ ４ ９ 一 ２ ０ ）— ０ ８ ０
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓ ｓ ｓ ｅ ｓ Ｆ ｅ ｈ ｉ ｓ ｔ ｎ ｌ ｓ ｕ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ． Ｔ ｅ ｙ ｔ ｍ ｕ ｅ Ｓ Ｃ ４ Ｏ ｓ ｔ ｅ ｋ ｒ ｅ ， ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ｙ ｔ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｔ ｔ ｃ ｎ ｃ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｈ Ｓ ｓ ｅ ｓ ３ ４ Ｂ Ｘ ａ ｈ ｅ ｎ ｌ
ｓ ｓｐ ｔｒ ｍ ｒ ｎｇｅ ｅｃ ｕ ａ ｆｒ ｌ Ｈｚ Ｏ ｔ ｏｍ ＯＯ －ｌ Ｋｔｚ， ｄｉ ｔｉ ｕｉ ｅ ｉｃ ｎｃ ａｔ ａｉ ２０ Ｚ． ｓ ｎｇ ｓｈ ｆｆ ｉｅ ｙ ｔ ｎ Ｈ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｓ Ｃ ４ Ｏ ； Ｓ ｅ ｔ ｕ ｎ ｌ ｓ ｖ ｒｓ ３ ４ Ｂ Ｘ ｐ ｃ ｒ ｍ Ａ ａ ｙ ｅ；Ｄ Ｔ Ｆ
仪 析 分 丐 口
信
设
计
（ 江西理工大学机 电工程学院 ，江 西 赣州
Ｇ ｎ ｈ ｕ ３ １０ ） ａ ｚ ｏ ４ ０ ０
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。
2. 定期清洁：使用干净、柔软的布轻轻擦拭音频分析仪的表面，避免使用有害化学物质。
音频分析仪2篇
音频分析仪2篇第一篇：音频分析仪的工作原理及应用音频分析仪是一种能够分析声音波形和声频频率的仪器。
它主要由微处理器、显示器、键盘、ADC、DAC、信号放大器和滤波器等组成，可用于音频设备的调试、音量控制、声音分析等方面。
一般来说，音频分析仪通过调整信号源声音的大小和频率，再对其进行采样和分析，获得声波图形和频率谱图。
在声音调试方面，它能够快速找到音频设备的故障原因，准确调整音频设备的声音输出等；在声音分析方面，它则能够通过频率谱图分析声源的音质，并在此基础上进行调整和改善。
音频分析仪在音频设备维护、音响调试、语音分析等领域都有着广泛的应用。
例如，在音频设备维护过程中，可以使用音频分析仪来查找故障原因，比如电容、电阻等元件不良，使其快速定位并解决问题；在音响调试中，可以通过音频分析仪调节音响设备的声音输出、改善设备的音质，以达到最佳效果；在语音分析中，可以借助音频分析仪对语音进行分析，获得准确的频谱数据，使听者能够更加清晰地听取语音信息。
总的来说，音频分析仪在现代音响设备的制造、维护和调试中都发挥着极其重要的作用。
随着现代科技的不断发展，不仅音响设备的性能得到了极大的提升，而音频分析仪也将不断地得到发展和改进，从而更好地为我们提供更高质量的听觉享受。
第二篇：音频分析仪的分类及其特点根据不同的应用场景和功能需求，音频分析仪可以分为不同类型。
常见的音频分析仪包括信号分析仪、声学分析仪、功率谱分析仪、声音压力级（SPL）分析仪等。
信号分析仪是音频分析仪中最常见的类型，它能够对各种类型的声音信号进行分析，并以时间-幅度和频率-幅度为主要展示形式。
该类型的音频分析仪主要适用于信号分析、音频调试、音频频率响应分析等方面。
声学分析仪则是一种专门用于研究声学现象、设计机械噪声抑制方案、评估、和改善声音环境的工具。
它具备高精度、高灵敏度和多功能性等特点，能够实时分析声音的频率、幅度、谱线、相位、噪音等参数，并通过声学库进行声音声压级的模拟。
关于音频分析仪的概述介绍
关于音频分析仪的概述介绍一、概述音频分析仪，是一种通过分析音频信号，来获得音频特征参数的测试仪器。
它可以用于音频工程、电视台、广播、音乐制作、演出现场等领域。
音频分析仪可以提供一些非常有用的信息，例如音频信号的频率谱、音频级别、失真、噪声、交叉功率等等。
二、功能常用的音频分析仪可以提供以下的功能：1. 频谱分析频谱分析是指将信号转换为频域，以便分离不同频率的成分。
音频分析仪可以提供实时频谱分析，以及另一种称为峰值分析的功能。
峰值分析可以捕获到具有高强度的频率片段，这对于发现噪音问题来说非常有用。
2. 瞬时响度分析瞬时响度分析是指将信号转换为瞬时层面上的音频级别，以便更加清楚地了解不同音频源的动态特性。
它可以识别强度峰值周期性的变化，这对于判断演唱或乐器演奏的质量非常有帮助。
3. 计权分析计权分析是指将信号转换为特殊的响度级别，以便更好的了解人的感知。
可在A、B、C和D等多种计权曲线之间进行选择。
A计权是应用最广泛的计权，并与如电视音量控制器之类的设备相兼容；但是B计权更重视顶部端点，可以更好的识别耳鸣和听力损失等问题。
4. 相位分析相位分析是指将信号转换为瞬时相位数据，以便分离出来自不同的来源的信号。
相位关系在音频混合方面很重要，可帮助工程师更好地控制不同音频源之间的相互作用。
三、应用领域音频分析仪适用于以下音频领域：1. 音频工程音频工程师常使用音频分析仪来测试、分类、比较和评估音频信号以及音响系统。
音频分析仪可用于作为声音压力级检测器和空气粒子振动检测器等多用途的测试工具。
2. 广播和电视在广播和电视领域中，音频分析仪可以帮助工作人员检查音频水平、频率响应、相位关系和失真等问题，以便更好的控制音频质量。
3. 音乐制作音频分析仪可以帮助音乐制作人员确定音乐的和谐性，并精确定位问题和提高声音质量。
它还可以帮助调整混响、削减和压缩等音效。
4. 演出现场音频分析仪也可以用于现场演出。
可以帮助音乐家检查他们的演唱、制作、混音和后期制作的质量。
音频信号分析仪的设计
２ 系统 分析 计算及 软件流程
２ １功率 谱测量 方法 ． 对 于 周期 信 号 ， 确 定负 载 电 阻为 Ｒ， 其 因各 频 率分 量 为 正弦 波 ， 各 频 率 分 量 之 间 积 的 Ｔ时 间 内 的 积 分 为 零 ， 得 信 号 功 率 为 ： 可
Ｐ ＿【 ＋ ； “＋・ ｆ ＝ ＿ （ห้องสมุดไป่ตู้“＋ ’）
能 ， 用灵活。 文选用方案二。 运 本 １ ２ 系统 设计 思路 ． 根 据设 计 要 求 ， 文通 过 傅 立 叶 变 换得 到 信 号 的 各频 谱 分 量 ， 本 进而测量音频信号的功率 ， 频率 成分 ， 周期 性 及 失 真 度 ， 系统 工作 原理 如图１ 示。 所 仪 器初 始 化 时 ， 果信 号 偏 大 ， 度检 测 器 检 测信 号 幅 度 后 增 如 幅 大 程 控 衰 减 器 衰减 ； 之 ， 少 衰 减 。 终 可 使 得 送 给Ａ／ 反 减 最 Ｄ的信 号 达 到 合理 的幅 度 ， 时 通道 的增 益 和 信号 的幅 度 （ 于 正 弦 波 为有 同 对 效 值 ） 可以 确 定 。 ／ 也 Ａ Ｄ将模 拟 信 号 变换 为 数 字 后 ， ＵＳ 经 Ｂ送入ＰＣ 机 中进 行 Ｆ Ｔ运 算 。 据 获 得 的通 道 增 益 ， 以计 算 出信 号 的 各频 Ｆ 根 可 率分 量 的 绝 对 值 ， 也就 推 算 出功 率 谱 的分 布 ， 用 Ｆ Ｔ变换 所 得 数 利 Ｆ 据 经 过 分 析 处 理 完 成 失 真 度 分 析 ， 周 期 信 号 判 断 功 能 及
ｉ ｊ ２ ｊ 圈
—ｉ 。 。 。 。 嚣 。 。
音 频信 号 分 析仪 的设 计
工程技术
丛海芳 杨超 苗莉莉 。 （． １ 长春 理工大 学 电子信 息工程 学院 长 春 １ ０ ２ ； ２ 北 京航天 时代激光 导航技 术有 限责任公 司 ０２ ３ ． 北京 １ ０ ２ ００ ０ ３ 厦门市 冠准通讯 科技有 限公 司 ． 福建 厦门 ３１０） ６ ８ ０ 摘 要： 本文 以单 片机 为基 础 ， 用离散 傅里 叶变换 （ Ｆ ） 利 Ｄ Ｔ 对音频 信号进行 频 谱分析 。 系统 主要 由音频 信号放 大 ， ／ 转 换 、 Ａ Ｄ 频谱分析 、 结果显示 等部分组成 。 谱频率 分辨率 为２ Ｈ ， ０ ｚ 频谱测量频率 范 围为２ Ｈ ～１ ０ ０ ｚ ０ｚ ００Ｈ 。 关键 词 ： 频谱分析 Ａ Ｄ Ｆ Ｔ ／ Ｆ 中 图分 类 号 ： ＴＮ９ ｌ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ０ Ｉ （） ０ ８ １ ７ － ７ １ ２ １ ）２ ｅ一０ ２ —９１ 常用 频率分 析 方法有 ： 扫频法 、 字滤 波法 、 Ｆ 法 。 数 Ｆ Ｔ 扫频 法 只适 方 案二 ： 过ＵＳ 接 Ｉ将 数据 传 送＊ Ｐ 机上 ， 通 Ｂ Ｚ ｌ ＵＣ 在Ｐｃ 机上利 用快
音频信号分析仪
音频信号分析仪音频信号分析仪是一种用于分析声音信号的仪器，它可以帮助我们更好地理解和研究声音的特性。
本文将介绍音频信号分析仪的原理、应用领域以及其在科学研究和工程领域的重要性。
音频信号分析仪利用数字信号处理技术对声音信号进行分析和解析。
它主要由两部分组成：信号采集模块和信号分析处理模块。
信号采集模块用于将声音信号转化为电信号，然后经过模数转换器转化为数字信号；而信号分析处理模块则通过一系列算法对数字信号进行分析和处理。
音频信号分析仪广泛应用于各个领域，包括声学科学、音乐研究、语音识别、通信工程和音频设备测试等。
在声学科学领域，研究人员可以利用音频信号分析仪来测量和分析声音的频率、振幅、波形和谐波等信息，从而深入研究声音的产生和传播机理。
在音乐研究中，音频信号分析仪可以帮助研究人员分析音乐的音高、音质和音乐表现等特征，进一步了解音乐创作和演奏的规律。
在语音识别领域，音频信号分析仪是语音识别系统中不可或缺的重要组成部分，通过对语音信号进行分析和处理，可以实现语音识别和语音合成等应用。
在通信工程中，音频信号分析仪可以用于测试和调试通信设备，确保音频信号传输的质量和准确性。
此外，音频信号分析仪还广泛应用于音频设备测试，如音响、录音设备和音频处理器等的测试和评估。
音频信号分析仪在科学研究和工程领域中扮演着重要角色。
它可以帮助研究人员和工程师更深入地了解声音信号的特性和特征，从而实现对声音的精确控制和分析。
通过音频信号分析仪，我们可以更好地研究声音对人类听觉和认知的影响，甚至可以用于医学诊断，如听力评估和语音障碍的诊断等。
然而，虽然音频信号分析仪在许多领域都取得了显著的进展，但仍然存在一些挑战和限制。
例如，对于复杂的声音信号，如噪声信号和多音频信号，分析和处理过程可能较为困难。
此外，音频信号分析仪的精度和性能也是研究人员关注的焦点之一，他们不断努力改进算法和仪器，以提高分析的准确性和可靠性。
总的来说，音频信号分析仪是一种非常重要的科学研究和工程工具，它为我们深入了解声音信号的特性和特征提供了便利。
频谱分析仪的分类
频谱分析仪的分类频谱分析仪是一种常用的电子测试仪器，主要用于测量信号的频谱特性。
它可帮助工程师对电路、通信系统、音频和视频信号进行测试和调试。
频谱分析仪按照使用场景、功能和技术原理等多个方面进行分类。
本文将介绍常见的几种频谱分析仪分类。
按照使用场景分类实时频谱分析仪实时频谱分析仪（RTSA）可在非常短的时间内捕捉宽带的信号，并以高速率提供精细的频谱分析。
这种频谱分析仪可帮助验证无线系统的正确性，检测干扰源和跟踪无线信号。
实时频谱分析仪通常具有非常高的样本率，以及长时间的连续测量。
扫描频谱分析仪扫描频谱分析仪（SSA）是一种经典频谱分析仪，其设计主要是为了展示和分析频谱的性质。
扫描频谱分析仪具有简单的用户界面和操作方法，通过扫描整个频率范围来获得信号频谱分量的幅度和相位信息。
它适用于测量信号的谐波、噪声和杂散分量等。
矢量网络分析仪矢量网络分析仪（VNA）主要是用于测量高频电路中的S参数或Y参数，包括接口的反射和传输特性。
VNA能够测量散射参数并计算出网络的各种特性，如阻抗、VSWR，以及信号的传输损耗和反射损耗等。
按照技术原理分类超外差频谱分析仪超外差频谱分析仪（HSA）利用了构成频带混频器的倍频机理，可以扩大波特率和测量范围。
它具有很高的灵敏度和分辨率，经常用于射频和微波频段的测量。
该技术可以实现频谱观察和多轨道记录。
混频频谱分析仪混频频谱分析仪（PSA）涉及到复杂的运算和调制，但相对于常规输入电路而言，其频率响应曲线更加平坦。
PSA使用小型的混频器在下变频之前将输入信号变成低频信号，该技术相对于其他频谱测量技术而言，可提供更高的精度和分辨率。
FFT频谱分析仪FFT频谱分析仪是一种基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱测量仪。
FFT频谱分析仪可以接受低频到射频范围内的不同信号，并将其转换为频谱分量，以确定信号的幅度和相位。
FFT频谱分析仪具有较高的FFT速度和精度，广泛应用于信号和系统分析、信号源搜索等领域。
2021年全国大学生电子设计竞赛题目A-E题
2021年全国大学生电子设计竞赛题目A-E题文章来源：凌阳科技教育推广中心发布时间：2021-9-3 17:18:49音频信号分析仪（A题）【本科组】一、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。
二、要求 1．基本要求（1）输入阻抗：50Ω（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V （3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz（4）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。
）（5）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%。
（6）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（1）扩大输入信号动态范围，提高灵敏度。
（2）输入信号包含的频率成分范围：20Hz～10kHz。
（3）增加频率分辨力20Hz档。
（4）判断输入信号的周期性，并测量其周期。
（5）测量被测正弦信号的失真度。
（6）其他。
三、说明1．电源可用成品，必须自备，亦可自制。
2．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序、和完整的测试结果用附件给出。
无线识别装置（B题）【本科组】一、任务设计制作一套无线识别装置。
该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。
阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。
图1 无线识别装置方框图装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。
不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。
音频信号分析仪的原理
音频信号分析仪的原理音频信号分析仪是一种能够分析音频信号的仪器，常用于音频工程中的录制、混音和后期处理等任务中。
本文将介绍音频信号分析仪的原理以及其常见的应用场景。
音频信号的基本概念音频信号是指在时间、频率上随时间变化的一种信号，通常指人类耳朵所能感知的声音信号。
声音信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。
模拟信号是连续时间和连续幅度的信号，而数字信号是离散时间和离散幅度的信号。
在音频工程中，我们通常将声音信号进行采样和量化，即将模拟信号转换成数字信号进行处理，这也是音频信号的数字化过程。
音频信号分析仪的原理音频信号分析仪的原理是基于傅里叶变换的，傅里叶变换可将时域上的信号转换到频域上进行分析。
因此，分析音频信号的首要任务是对其进行傅里叶变换，以得出其频谱信息。
在音频信号分析仪中，通常使用快速傅里叶变换（FFT）算法进行信号的频域分析，FFT算法是一种高效的计算傅里叶变换的算法，可以对大量的数据进行快速的变换，其计算量较少，速度较快。
音频信号分析仪的工作流程如下：1.对输入的音频信号进行采样和量化，得出其离散时间和离散幅度的数字信号。
2.对数字信号进行分段处理，每段长度为FFT算法中的窗长。
3.对每个窗长的数据进行FFT变换，得出每段的频谱信息。
4.将每段的频谱信息进行平均或加权，得到整个音频信号的频谱信息。
5.根据频谱信息进行对比、调整、削波、增加合适的延迟、降噪等后续处理。
音频信号分析仪的应用场景音频信号分析仪在音频工程中有着广泛的应用，以下是其常见的应用场景：1.音频信号检测：可以检测音频信号的频谱、功率等参数，以及检测音频信号的质量和性能。
2.音频信号处理：可以对音频信号进行滤波、增益、延迟、平移等基本处理，还可以对音频信号进行压缩、削弱、降噪等复杂处理。
3.音频信号比较：可以比较两个或多个音频信号的频谱、功率、相位等参数，以了解音频信号的差异，及判别是否有人为掺杂信号。
4.音频信号测试：可以测试音频设备的性能和误差，包括测试电子滤波器、放大器、扬声器等。
ZN4122A 音频分析仪 使用说明书
使用前请先阅读使用说明书ZN4122A音频分析仪使用说明书北京大泽科技有限公司BEIJING DA ZE TECHNOLOGY CO.,LTD电话：传真：目录一、概述 (2)二、工作特性及指标 (2)三、整机方框图 (5)四、面板描述 (6)五、操作说明 (11)六、整机配置 (18)七、常用分贝表 (18)八、本仪器的环境使用条件和维护 (18)电话：************传真：************ 1一、概述ZN4122A音频分析仪是一台同时具有低失真信号源输出及小失真测量的全自动数字化的通用测量仪器，信号源的输出幅度、频率及被测信号的电压、失真、频率测量全部采用彩色液晶显示，对所有信号源输出信号都可存贮，具有失真小，输出有效范围大，操作全部键盘化的特点。
信号源可产生频率为5Hz～199.9kHz,电压为 -72.5dB～ +7.5dB的信号，电压测量可在输入电压范围为30μV～100V,频率范围为5Hz～300KHz内实现全自动测量，失真测量可在输入电压范围为100mV～100V，频率范围为5Hz～199.9kHz内自动测量，失真测量范围为100%～0.003%，最小失真可测0.0025%，同时还具有测量S/N（信噪比）的功能。
幅度显示单位为V、mV、dB、dBm，失真度显示单位可选择%、dB。
S/N 显示单位为dB。
该仪器内设400Hz高通，30K、80K低通滤波器使用十分方便，是一台具有自动测量信号电压、失真和信号源输出等多种功能的智能型仪器，可供科研、工厂、院校、实验室使用。
本仪器在此条件下可连续工作8小时，预热半小时后能达到以下工作特性。
二、工作特性及指标音频信号分析部分（一）频率准确度±5%±1Hz（二）失真度测试1：频率范围:5Hz～199.9kHz2：输入信号电压范围: 100mV～100V3：失真度测试范围: 输入电压：1V～100V 100%～0.003%电话：************传真：************ 2输入电压：100mV～1V 100%～0.03% 4：准确度:20Hz～19.99kHz±1dB （100% ～0.003%）带宽80kHz7Hz～20Hz±1.5dB （100% ～0.003%）带宽80kHz20kHz～49.99kHz±1.5dB（100% ～0.03%）带宽600kHz50kHz～199.9kHz±2dB（100% ～0.1%）带宽600kHz5Hz～7Hz±2dB （100% ～0.1%）带宽80kHz失真度在0.03%以下及输入信号在100mV～500mV时测量误差为±2dB 5：残余失真和噪声（输入电压1V以上）（噪声测量时输入端短路）20Hz ～ 19.99kHz ≤ 0.0025%以下带宽80kHz7Hz～20Hz 0.007%以下带宽80kHz20kHz～50kHz 0.007%以下带宽600kHz50kHz～199.9kHz 0.05%以下带宽600kHz5Hz～7Hz 0.05%以下带宽80kHz（三）电压测试1：电压测试范围：100V ～30μV (+40dB ～ -90dB)2：频率范围：5Hz ～ 300kHz3：以1kHz为基准的频响20Hz～100kHz±1dB5Hz ～300kHz±1.5dB4：电压表准确度（以1kH为基准）±5% -90dB±10%5：固有噪声≤10μV（输入端短路）6：电压表有效值波形误差≤3%（输入信号波峰因数≤3时）（四）信噪比（S/N）电话：************传真：************ 31：测量范围： 0 ～ -90dB（0 ～ -90dB 10个量程）2：信号范围： 100mV～100V-100dB以下 80k带宽（输入1V以上）-90dB以下600k带宽（输入1V以上）（五）本仪器定义0dB＝1Vrms(测量功率时0dB＝0.775V即1mW，在600Ω负载上测量功率时，所有dB读数需在当前dB读数上加2.22 dB即为dBm数值)（六）输入阻抗：100 kΩ//100PF音频信号发生部分电压范围：+7.5 dB ～ -72.5 dB（0.237mV～2.37V）频率范围：5Hz～199.9kHz（一）频率准确度±2%±1Hz（二）频率特性：以1kHz为基准50Hz～19.99kHz ±1dB5Hz～199.9kHz ±1.2dB（三）电压准确度：以1kHz为基准-32.5dB～+7.5dB ±0.5dB-32.6dB以下±1dB（四）失真度：输出电压1V以上20Hz～19.99kHz 0.0025%以下带宽80kHz7Hz～19.9Hz 0.007%以下带宽80kHz20kHz～49.9kHz 0.007%以下带宽600kHz50kHz～199.9kHz 0.05%以下带宽600kHz5Hz～6.9Hz 0.05%以下带宽80kHz电话：************传真：************ 4电话：************ 传真：************ 5（五）输出阻抗： 600Ω±10%（六）因阻抗匹配的原因，信号源输出电压在电压表的读数时要加6dB 。
音频信号分析仪系统设计
音频信号分析仪系统设计目录摘要.......................................................................................................................... 错误!未定义书签。
第1章系统方案论证与比较.................................................................................................................. - 1 - 1．1引言........................................................................................................................................... - 1 - 1．2 采样方法比较与选择.............................................................................................................. - 1 - 1．3 处理器的比较与选择.............................................................................................................. - 1 - 1．4周期性判别与测量方法比较与选择 ....................................................................................... - 2 - 1．5系统总体设计........................................................................................................................... - 2 - 第2章各单元电路设计.......................................................................................................................... - 4 - 2．1前级阻抗匹配和放大电路设计 ............................................................................................... - 4 - 2．2AD转换及控制模块电路设计 ................................................................................................. - 5 - 2．3功率谱测量............................................................................................................................... - 6 - 第3章软件设计...................................................................................................................................... - 8 - 第4章系统测试.....................................................................................................................................- 11 - 4．1 总功率测量（室温条件下）.................................................................................................- 11 - 4．2单个频率分量测量（室温条件下） ......................................................................................- 11 - 第5章结论............................................................................................................................................ - 14 -第1章系统方案论证与比较1．1引言创作理想的音频信号分析仪解决方案。
音频分析仪测试音频指标的操作说明
VA-2230A音频分析仪测试音频指标的操作说明一、测量环境：1、KENWOOD VA-2230A：左、右声道输入端通过BNC头各接一根带夹头的信号线。
2、被测试的MP3播放器内：存放有下列9个测试音文件：0dB—1KHz—左/右声道、0 dB—1KHz—左声道、0 dB—1KHz—右声道、0 dB—20Hz—左/右声道、0 dB—100Hz—左/右声道、0 dB—10KHz—左/右声道、0 dB—10KHz—左声道、0 dB—10KHz—右声道、-60 dB—1KHz—左/右声道3、耳塞：左/右双声道标准耳塞—16/32欧—线上露出铜芯便于在线带负载测量。
二、各项指标的测量方法：总述：循环按下输入通道选择键CH，能够选择打开哪个通道的输入。
从绿色指示灯的亮与否，能判断出左、右通道的输入是否打开。
有几个按键是复合键，如：先按下SHIFT键，再按下S/N键，就实现了按下RATIO键的功能（后面直接称为按下RATIO键，其它类同）；同理有：SHIFT+DISTN=SINAD，SHIFT+AC-V=DC-V，SHIFT+GEN=OPT，SHIFT+F1=F6，SHIFT+F2=F7，SHIFT+F3=F8，SHIFT+F4=F9，SHIFT+F5=F10。
按下某ITEM键（如SYSTEM键、GEN键、AC-V键、DISTN键、S/N键、RATIO 键、SINAD键、DC-V键、OPT键），屏幕上会出现层叠状菜单，可以通过分别按△键、▽键、左向三角键、右向三角键选择某一项子菜单，再通过按屏幕下的功能键F1-F5实现设置选择或按数字键（以按ENT键结束）填入数据。
这里用到一种表示方法：左/右向三角键选择的层菜单数字-△/▽键选择的子菜单数字。
例如，4-2表示某ITEM下第4层中的子菜单2。
测试时，应该将MP3的输出音量调到最大值。
各项音频指标测量方法分述如下：1、基准输出电平：A．接好左/右声道测量线路，播放0dB—1KHz—左/右声道测试音文件；B．按下AC-V键，选择相应的设置。
levear 双通道音频分析仪VP-7727D 说明书
VP-7727D 是拥有双通道低失真音频信号源和双通道测试功能的音频分析仪。
采用高精度和高稳定性的快速测试技术，多种滤波器再加上100个内存记忆能编写自动测试程序和上下限设置，令音频产品测试更快更方便。
SINAD 功能令VP-7727D 也可应用在通信产品的音频测试。
主 要 规 格GPIB 软件• 双通道(L&R) 分析仪及信号源 • 同时显示双通道测试参数• 左右通道比例和分离度 (R/L, L/R) • SINAD 功能•主要功能跟VP-7723D 相同•双通道信号源频率范围 5Hz 至110kHz输出电平 14.0dBV 至 -85.9dBV 失真≦ 0.001 % (－100 dB)•测试功能频率 交流电平 直流电平 失真 信噪比比例 (R/L, L/R) SINAD通过电脑对信号源和分析仪进行设定，各种设定均可以文件形式保存到电脑或存储到VP-7727D 的内存记忆里，令自动测试的编程更为方便，测试结果亦可保存已供分析。
滤 波 器预低通滤波器标准滤波器选件滤波器标准滤波器选件滤波器预低通滤波 20kHz : 数码音响用 LPF 15kHz : FM 高频头用 20kHz : 数码音响用 80kHz : 消除高频用 PSOPHO A : IEC-ACCIR/ARM: 杜比 (Dolby) AUDIO : IEC AUDIOVQ-071H01 CCITTP53 : 欧洲通信用VQ-071H02 C-MESSAGE : 美国通信用 VQ-071H03 1kHz BPF :串扰测试用 VQ-071H043kHz BPF: 串扰测试用VQ-071H05 IEC-C: 音响器材测试用 VQ-071H06 315BPF : 录音带评价用 VQ-071H0730kHz LPF: 消除高频用信 号 源振 荡 器频率范围 5 Hz to 110 kHz 4 波段精度 设置值± 2 % (0.201 to 20.09 kHz)输出范围 14.0 to –85.9 dBV (0 dB=1 V rms, 带负载)16.2 to –83.7 dBm (0 dBm=1 mW 600 Ω) 精度 ± 0.5 dB of setting at 1 kHz (＞37.1 dBV)平坦度 ± 0.05 dB (20.0 Hz to 20.09 kHz) 噪声电平 ＜ 10 µV rms (输出关闭条件下)失真 ≦0.001 % (100dB) (20 Hz to 15 kHz)≦0.01 % (80dB) (5 Hz to 110 kHz) L, R 输出L : 开/ 关 , R: 开 / 关分 析 仪测 量 项 目频率, 交流电平 (包括相对电平), 直流电平, 信噪比,声道比率, 失真 (总谐波失真+噪声), 噪声及失真比, 抖晃度 (选件)频 率 测 量范围5 Hz to 110 kHz显示精度 5位 , 0.01 Hz ＜100 H Z 精度± 5×10±1 位 测量系统可逆计数器交 流 电 平 测 量全波段显示 0.316 0 mV to 100 V 全波段 (7 波段) 精度 ± 2 % of 全波段显示 (at 1 kHz) 频率范围 ± 5 % (20 Hz to 20 kHz)± 10 % (5 Hz to 110 kHz) 残留噪声 ＜4 µV rms (with 80 kHz BW) 相对噪声 ± 130 dB测量方法RMS 或 平均 (AVERAGE)功 率 显 示 功 能方法 由交流电平测量值和负载电阻计算得出（不提供实际负载） 显示精度 最多5位 0.01 WRL 设置范围2 to 5 000 Ω (1 Ω 分辨率)直 流 电 平 测 量范围 100.0 V / 31.60 V / 3.160 V / 316.0 mV 精度± (0.3 % fs + 0.75 % 可读出)信 噪 比 测 量输入电平范围 30 µV to 100 V rms 测量范围 0 to 130 dB 精度± 1 dB测量方法RMS 或 平均 (AVERAGE)声 道 比 率 测 量输入电平范围 30 µV to 100 V rms (L & R) 测量范围 0 to 130 dB精度 ± 0.5 dB (1 kHz)频率范围 ± 2 dB (5 Hz to 110 kHz) 测量方法RMS 或 平均 (AVERAGE)失 真 测 量基本频率范围 5 H Z to 110 kHz测量范围 31.6 / 10.00 / 1.000 / 0.100 0 / 0.0100 0 %显示单位 输入电平: mV ・V / dB ・ｄBm失真: % / dB探测响应 输电平: RMS 响应失真: RMS 或 平均响应残留失真 ≦0.001 % (-100dB) (5 Hz to 15 kHz)≦0.01 % (-80dB) (所有波段) 二次谐波 ± 1 dB (20 Hz to 20.09 kHz) 精度± 3 dB (所有波段)输入电平范围 0.1 to 100V rms / 1 to 3.16 mV rms 输入电平精度± 2 % of full scale (1 kHz)噪 声 及 失 真 比 测 量基本频率范围 5 H Z to 110 kHz测量范围 10.0 / 20.0 / 40.0 / 60.0 / 80.0 dB 显示单位 输入电平: mV ・V / dB ・ｄBm噪音及失真比: dB 其他与失真测量相同所 有 测 量 通 用 规 格L 、R 输入 L only / R only / L&R输入阻抗 交流: 100 k Ω, 250 pF 或者更小 直流:1M Ω 通道等待时间 0.3 s to 9.9 s平均时间 0 / 2 / 4 / 8 / 16 / 32 滤波器 高通: 100 Hz / 200 Hz低通:15 kHz / 20 kHz / 80 kHz / PRE 20 kHz复式: A / CCIR ARM / AUDIO其 他 功 能 预设存储 存储数量: 100GB-IB 接口Listener and Talker operation 外部控制输入/输出 8 bit / port × 2 ports输入/输出 可通过端口进行设置电 源 规 格 电源电压 AC 100 V / 120 V / 220 V / 230 V 电源频率 50 Hz or 60 Hz 耗电量 约 70 V ･A尺寸和重量(W) 426×(H) 132×(D) 400 mm 13 kg。
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音频信号分析仪本系统基于离散傅立叶变换原理，以单片机和FGPA为控制核心，在FPGA内部完成了2048点浮点型FFT，能准确判断频率成分在20Hz~10kHz、幅值范围在0.1mV~10V的输入信号的功率谱及其总功率，频率分辨力最高可达10Hz。
利用相关原理准确检测信号的周期性并测量其周期，达到了较高的性能指标。
一、方案论证与选择题目要求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。
该仪器能够检测的输入信号的范围（峰峰值）为100mV5V，可进一步扩展输入信号的动态范围。
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，可扩展至20Hz。
此外该仪器还能够判断信号的周期性及测量正弦信号的失真度。
通过以上对任务要求的分析，可知本系统的重点在于输入信号动态范围的扩展和频率分辨率的提高，难点在于信号周期性判断。
1、信号调理与采集的方案论证方案一：采用高有效位AD。
该方案硬件电路简单，软件处理方便，但由于采用均匀量化，低幅度信号的测量信噪比不高，难以达到题目的精度要求。
方案二：采用对数放大器。
将动态范围非线性压缩，再进行A/D 量化。
但是小信号的信噪比S/N被对数放大后，将显著降低。
方案三：采用多通道放大。
使处理后信号适合ADC精确采样的幅度范围。
经ADC采样后再乘以相应的权值（前级放大倍数的倒数），得到实际信号的幅值。
该方案降低了对AD位数的要求，但需要多路放大电路，软件处理上也较复杂。
经过上述的分析比较，我们选择方案三，可提高输入信号的动态范围，有利于信噪比与测量精度的提高。
2、信号频率成分检测的方案论证方案一：模拟滤波法。
将中心频率可连续调节的恒百分比带宽滤波器接入前级放大后，滤出各个频率点的信号的大小。
但线路复杂，且检测速度低。
方案二：DFT谱分析法。
采用数字信号处理的方法，通过ADC采集信号，再对数据进行FFT计算出各频率分量，即可得到输入信号的频率与功率信息。
因为信号截断的缘故，会造成频谱泄漏和栅栏效应而引入误差，但可分别通过加窗和增加FFT运算点数减小误差。
经过比较，数字的DFT方法则易于实现，速度快，精度高。
故我们选用方案二，利用FPGA快速的数据处理能力，在其中完成2048点的浮点型FFT。
当采样率为40.96kHz时,由公式,频率分辨率可达20Hz,降低采样率可进一步提高频率分辨力。
3、信号总功率检测方案论证方案一：A/D采样法。
对周期T的信号x(t)进行采样，得到N个样本x(n)（n=0,1,,N-1）,假定做到了同步采样，则在忽略量化噪声、采样样本数有限等因素影响下，功率X可通过数字信号处理单元得到，即。
方案二：有效值检波法。
采用专门的真有效值检测芯片AD637，能测量任意交变信号的有效值,精度高，外围电路简单。
经过以上两种方案的论证比较，方案一在输入信号的频率未知，非同步采样的情况下误差较大,故我们选用方案二。
二、系统总体设计方案及实现框图根据以上的方案论证与比较，先将输入信号通过一多通道程控放大模块，调理到ADC适合采样的输入范围内，经过抗混叠滤波后一路送给AD637进行有效值检测计算总功率，另一路送给AD进行采样。
根据频率分辨力来确定采样率，利用FPGA快速数据处理能力，在其中完成2048点的FFT运算计算该信号的功率谱，并能实时显示信号总功率及主要频率成分功率。
其中，对于信号周期性的判断与测量，我们采用自相关的方法，大大提高了判断的准确性。
最后系统总体实现方案如图1所示：图1 系统总体框图三、理论分析与计算1、放大器设计基于题目“扩大输入信号动态范围”的要求，将信号在进入A/D 转换器之前需要进行合理的处理，使其在A/D量化范围内达到量化精度最高，此方法等效于AD位数的增加。
对于基本要求中幅度较大的低频信号（50mV以上），我们采用多路复用器通过选择放大器的反馈电阻来改变放大倍数的方法来实现。
对于50mV以下的信号我们又分成三个固定放大倍数不同的通路供选择。
通过这四路放大，输入信号总的动态范围可达100dB。
这四路放大通道最后通过多路复用器选择送给A/D。
先将信号经过1倍放大的通道送给A/D初测幅值，根据此值选择被测通路。
本设计要处理的最小信号为0.1mV，最大为10V，动态范围为100dB。
选择的低频运放要有低噪、精密、高共模抑制比的特性。
我们选用通用型运放HA17741，从表一可以看出，HA17741的技术指标相对均衡，整体性能好，适于语音信号的处理。
实践证明，此处用HA17741效果较好。
表一 HA17741的主要技术性能指标对于小信号处理电路结构的设计，本系统有以下几个特色。
放大电路的第一级倍数较大，可以增强对小信号的放大能力，同时也减少了外来噪声的干扰。
利用同相放大接法输入阻抗高的特性提取小信号。
为防止大信号经过小信号通道的放大使运放进入饱和区对运放不利，我们在输入端加入钳位二极管。
同时小信号的处理应特别注意抗干扰措施：首先电源去耦，减少放大器各部分电路之间通过公共直流电源产生的寄生耦合，稳定放大器工作，防止产生振荡和干扰。
其次地线接法，单点接地，地线要粗短。
再次，信号线尽量不交叉，也不平行，用双绞线或屏蔽线走，减少串扰。
还有，充分利用运放增益带宽积恒定的特性，可以通过提高增益来减小带宽，从而阻止高频噪声的通过。
最后，小信号放大电路模块要远离干扰源电路。
2、功率谱测量方法功率谱表示单位频带内信号功率随频率的变化情况，它反映了信号功率在频域的分布情况。
对于功率谱的测量我们采用的是周期图法。
已知随机信号的功率谱和自相关函数是傅氏变换对，即功率谱。
而自相关函数定义为：，则用有限长的样本序列来估计功率密度谱即为。
对于的求解，我们在FPGA内部完成了2048点的基2时域抽取法FFT 运算。
数值运算采用浮点型，旋转因子由查表得到。
我们设置FPGA的运算时钟为100MHz，从而能在455ms内完成一次2048点的运算，远小于题目5s的时间限制。
计算出了各频率分量上的功率大小，那么根据失真度的定义，即信号中全部谐波分量的能量与基波能量之比的平方根值，正弦信号的失真度可以很方便得求出。
3、周期性判断方法我们根据相关性能够反映信号相似程度的特点来解决周期性的判断问题。
对于信号与互相关函数的定义为：，，表示时刻。
在时刻的值，等于将保持不动而左移个抽样周期，然后，两个抽样序列在所有对应时刻值相乘，再加和。
如果=，则上面定义的互相关就变成了自相关函数：。
它表示信号的波形与自身经过时刻后的波形的相似程度。
当m=0时具有极大值，即相似性最好的时候。
当移位时间恰好等于一个周期时，又有一个极大值，且两个极大值相等，则周期即为移位时间m.实际测试时采样点要包含两个以上的周期，先取长为L的窗对数据进行加窗后再作上述的相关运算。
得到需要的移位时间K后，根据采样频率即可计算出周期大小T为（为采样率）。
四、主要功能电路的设计1、前级信号调理电路对于前级信号调理部分的电路设计已在理论分析中详细论述，图2是程控放大部分电路，主要用来调理基本要求中幅值范围在100mV-10V 的信号。
图2 程控放大电路2、A/D采样系统中对数据的采集我们选用12位A/D转换器MAX197来实现。
它有0~5V ,0~10V,-5~5V ,-10~10V四种输入量程选择，采样率可达100ksps。
同时具有八个模拟通道，可方便地选择通道，且可根据各个通道的最终幅值大小选择输入量程。
电路原理图如图3所示。
图3 A/D采样3、抗混叠滤波器设计信号送到ADC之前要对信号进行抗混叠低通滤波器处理，防止高频分量信号被采样，产生频谱混叠，而影响给定较低频率信号的幅值分析。
为此我们设计了一个截止频率为15KHz的四阶巴特沃斯低通滤波器做为抗混叠滤波器。
元器件参数由滤波器软件Filter wiz PRO设计得到。
图4为其电路原理图。
图4 抗混叠滤波器五、系统软件的设计本系统软件部分由单片机和FPGA组成，单片机主要完成用户的输入输出处理和系统的控制，FPGA主要完成高速的处理（如信号采样和存储）和大计算量的处理（如FFT），整个软件系统的设计中模块化思想贯穿始终，采用菜单选择所用功能。
程序流程图如图5所示图5 程序流程图六、测试数据与分析1、测试使用仪器及型号60M数字存储示波器：型号Tektronix TDS1002函数信号发生器：Sony Tektronix AFG310高频信号发生器：SP14615位半数字万用表：MASTECH MS80502．测试方案与主要测试结果1）输入信号动态范围测试由函数发生器产生单一频率的正弦信号，改变信号幅值。
检测系统能够测量信号的幅度范围。
表一输入信号动态范围测试数据2）输入信号频率范围及频率分辨力测试由函数发生器产生幅值为2V的正弦信号，改变频率。
检测系统能测量信号的频率范围，频率单位Hz。
频率分辨率设置为20Hz。
表二输入信号频率范围测试数据3）总功率检测与各频率分量的功率检测我们在系统外制作了一个加法器，利用两个函数发生器产生两个正弦波叠加再输入到系统中进行测量。
百分比即为各频率成分的总和占总功率的百分比。
表三总功率与各频率分量功率检测数据4）其它关于周期信号的判断及正弦波失真度的测量方案及数据表（略）3、测试结果分析测试结果基本上都达到了题目要求的指标，在采样率与信号频率不是成整数倍关系时功率会有些泄漏，不过这个误差很小，在题目允许的范围内。
系统的误差受A/D转换的量化误差、有限字长效应和实际算法的影响，不过我们进行的是浮点数的FFT运算，有限字长效应大大减小。
七、总结由实验调试结果及测试数据可知，本系统达到题目的指标要求，还进一步提高了频率分辨力，扩展了数据的掉电存储与频谱显示的功能。
在资源有限的FPGA和单片机上，实现了2048点浮点型FFT运算，充分提高了资源利用率。