基于DSP的简易频谱仪设计方案
数字信号处理课程设计—基于 DSP的频谱分析系统设计
河南理工大学《数字信号处理》课程设计报告题目：基于DSP的频谱分析系统设计学院：电气学院班别：姓名：学号：指导老师：2013年11月30日目录1摘要 (3)2 概述 (4)2．1频谱分析仪发展概述 (4)2．2 频谱分析仪工作原理 (4)2．2．1模拟式频谱分析仪 (4)2．2．2数字式频谱分析仪 (4)3总体设计 (6)3.0系统结构流程图： (6)3.1 双CPU方案 (7)3.2 主从设备接口 (8)3.3软件设计思路................................................................................................. ..9 4各功能模块设计 (10)4.1 硬件设计 (10)4.1.1 TMS320C5402结构功能： (10)4.1.2电源产生电路设计 (10)4.1.3复位电路设计 (11)4.1.4 Ｄ／Ａ转换设计： (12)4.1.5 电平转换电路的设计： (12)4.1.6 时钟电路设计： (13)4.1.7JTAG接口电路设计: (16)4.1.8系统电路 (17)4.2频谱分析系统的软件设计： (18)4.2.1软件设计思路： (17)4.2.2AD采样： (18)4.2.3FFT算法过程： (18)4.2.4FFT频谱分析系统原理图： (19)4.2.5 系统程序运行流程图 (20)5 实验结果 (21)6总结 (25)参考文献 (26)频谱分析是受到广泛应用的一种测试手段。
信号采集与处理技术和计算机技术的不断发展，促进了频谱分析仪的普及，它已成为从事电子产品研发、生产、检验的一种常用仪器。
目前频谱分析仪正在向高分辨率、大动态范围、高灵敏度、数字显示、以及数字存储和高可靠性的方向发展。
本文对频谱分析仪的总体设计方案、硬件电路、软件程序、性能测试等几个方面进行了详细讨论，说明了基于数字式快速傅里叶变换的频谱分析仪的实现原理。
DSP基于TMS320C54XDSP设计简易数字示波器
工业大学论文题目：《DSP应用》课程论文副标题：基于TMS320C54X DSP设计简易数字示波器课程名称：《DSP应用》学院：信息科学与工程学院班级：电科1304姓名：学号：指导老师：王洪群摘要：随着电子测试技术的不断发展，测试技术正向着自动化、智能发、数字法的方向发展。
其中示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，示波器也从模拟示波器向数字示波器发展。
同模拟示波器相比，数字示波器具有很多优点，并开始逐步取代模拟示波器成为市场上的主流。
本文主要完成了简易数字示波器的设计, 通过DSP编程并结合TI公司的数字信号处理器TMS320C5402、A/D转换模块、LCD等配合外围电路进行设计。
With the continuous development of electronic testing technology, testing technology is moving in the direction of automation, intelligent development, digital law. Among them, oscilloscope is one of the most commonly used instruments in electronic measurement, which is widely used in various fields. With the rapid development of microelectronics technology and computer technology, oscilloscopes from analog oscilloscope to digital oscilloscope development. Compared with analog oscilloscopes, digital oscilloscope has many advantages, and began to gradually replace the analog oscilloscope to become the mainstream on the market.This paper mainly completes the design of the simple digital oscilloscope, and designs it by DSP programming combined with thedigital signal processor TMS320C5402, A / D conversion module, LCD and so on with the external circuit of TI Company.关键字：DSP TMS320C5402数字示波器频率DSP TMS320C5402 Oscilloscope frequency一、DSP的发展历史及现状数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。
基于DSP的频率特性分析仪设计
基于DSP的频率特性分析仪设计李尧;孙媛媛;马泽伟【摘要】通过对频率特性测试技术的分析,提出了基于DDS+ DSP的频率特性分析仪设计方案,是一种低成本的低频段频率特性分析仪.完成了系统控制软件和FPGA控制逻辑设计,实现了幅频和相频测试等数据处理功能.最后设计了测试方法,对典型传输网络进行了测试,与标准滤波器的幅频特性进行对比,符合设计要求.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)001【总页数】4页(P16-19)【关键词】直接数字频率合成;数字信号处理器;FPGA;频率特性测试【作者】李尧;孙媛媛;马泽伟【作者单位】西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN492频率特性分析仪可以对被测网络的频率特性进行快速的动态测量，得出被测网络传输特性，并将测量结果以数据或图形的形式实时显示。
传统的扫频仪大多结构复杂、体积庞大、价格昂贵且操作复杂。
因此，具有低成本、数字化、智能化、高性能的频率特性分析仪的需求日益扩大［1］。
一种基于DSP和DDS技术的新型数字合成扫频仪的设计被提出。
系统使用DDS技术设计高精度的扫频信号源，采用模拟检波和鉴相方法，实现幅频测量和相频测量;使用DSP作为数据处理和控制核心，完成测量控制、信号发送、数据采集和实时处理等任务;最后通过TFT LCD和VGA接口实时显示或输出测量结果，完成了一款低成本、高性能的频率特性分析仪设计。
1 频率特性分析仪的系统设计方案频率特性分析仪主要包括扫频信号源模块、幅度和相位检测模块、数据采集模块、数据处理及控制模块、图像显示与交互接口模块［2］，系统总体框图如图1所示。
在系统中扫频信号源采用专用DDS器件实现，可以产生频率连续可变的正弦信号，满足系统的频率带宽及频率步进要求，同时配合外部的Π型衰减网络，实现大动态范围的连续幅度输出。
基于DSP的普通示波器频谱附加测试仪的研制
.
两路信号经过 D/ A 后, 再经过一个积分电路处 理 , 就分别被送到模拟双踪示波器的 X 轴与 Y 轴. 使用者通过示波器的 X 轴或 Y 轴的幅度调节旋钮 即可以改变示波器上显示波形的展宽或幅度.
3 结束语
关 键在于利 用两个 定时器 ( timer0, t imer1) 中 断 . 这两个中断在程 序运行过程中 , 处于并 行的
传统的频谱分析仪主要依靠硬件来测量频率成 分, 例如用滤波器来分开各频率成分. 对模拟滤波器 设计制造有经验的人 , 不难想象制造高稳定度、 高精 度的这种频谱分析仪的困难程度 . 首先是设计所得 的元件值, 几乎都是非标准的, 而且必须先经过 老 化 . 其次是滤波器中心频率会随时间、 环境温度 漂 移 , 还有调试等等问题. 利用 DSP 芯片来设计频谱 仪则可以较好解决这些问题. 因为频谱分析主要是 依靠软件来计算频率成分 .
N ( 2 r+ 1) n ) ) WN = 2 ( 2)
n= 0
% ( x ( n) +
n nr x ( n + N ) ) WN WN / 2. 2
式 ( 1) 为输入序列前一半和后一半之和的 N / 2 点离 散傅里叶变换; 式 ( 2) 为输入序列的前一半和后一 n 半之差与 W N 之积的 N / 2 点离散傅里叶变换. 令 x 1 ( n) = x ( n) + x ( n + N / 2) , x 2 ( n) = ( x ( n ) - x ( n + N / 2 ) ) W n N, n = 0, 1, &, N / 2 - 1. 则
%
N ( n+ N / 2 ) k x(n+ ) WN , ( k = 0 , 1, &, N - 1) . 2
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DSP技术的虚拟式FFT频谱分析仪-基于DSP技术
2004年7月重庆大学学报Jul.2004 第27卷第7期Journal of Chongqing University Vol.27 No.7 文章编号:1000-582X(2004)07-0021-03基于DSP技术的虚拟式FFT频谱分析仪Ξ吴宏钢,秦树人(重庆大学机械工程学院测试中心,重庆 400030)摘 要:虚拟仪器已经成为仪器发展的一个重要方向,目前已在众多领域获得了广泛应用。
FFT频谱分析是机械工程、故障诊断等诸多领域所广泛采用的分析方法。
但传统FFT频谱分析仪存在着不易更新、价格昂贵等缺点,虚拟式FFT频谱分析仪的产生摆脱了传统FFT分析仪的多种限制,为FFT分析仪的广泛应用铺平了道路。
DSP技术在虚拟仪器中的应用更为虚拟仪器发展提供了广阔前景。
作者在深入研究DSP处理系统的基础上,开发了基于DSP技术以及PCI总线的虚拟式FFT频谱分析仪,设计新颖,实用性强,进一步展示了虚拟仪器在仪器发展中的重要地位。
关键词:虚拟仪器;DSP;PCI总线;FFT;频谱分析仪中图分类号:TH7文献标识码:A1 虚拟仪器概念和特点虚拟仪器是虚拟技术在仪器仪表领域中的一个重要应用。
它是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中,与测试技术、仪器仪表技术密切结合,共同孕育出的一项新的成果。
20世纪80年代,NI公司首先提出了虚拟仪器的概念,认为虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统,是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。
虚拟仪器是以计算机作为仪器统一的硬件平台,充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及与文件管理等基本智能化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,使之与计算机结合起来融为一体,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器一致,同时又充分享用计算机智能资源的全新的仪器系统[1]。
DSP课程设计(课题二fft的频谱分析仪)报告
DSP课程设计报告课题：基于FFT的频谱分析仪设计班级：电子信息工程0901班小组成员：陈湛国200930410103谢海200930410124 指导老师：徐梅宣华南农业大学珠江学院信息工程系一、设计原理（1）实现输入数据的比特反转输入数据的比特反转实际上就是将输入数据进行位码倒置，以便在整个运算后的输出序列是一个自然序列。
在用汇编指令进行位码倒置时，使用位马导致寻址可以大大提高程序执行速度和使用存储器的效率。
在这种寻址方式下，AR0存放的整数N是FFT点的一半，一个辅助寄存器指向一个数据存放的单元。
当使用位码倒置寻址将AR0加到辅助寄存器时，地址将以位码倒置的方式产生。
（2）实现N点复数FFTN点复数FFT算法的实现可分为三个功能块，及第一级蝶形运算、第二级蝶形运算、第三级至log2N级蝶形运算。
在运算过程中，为了避免运算结果的溢出，可对每个蝶形的运算结果右移一位。
（3）功率谱的计算计算功率谱时只需将FFT变换好的数据，按照实部X R(k)和虚部X I(k)求它们的平方和，然后对平方和进行开平方运算。
（4）输出FFT结果二、操作步骤1、运行软件打开Setup CCStudio v3.3，在Family中选择C54XX，Platform中选择simulator，此时在My System中出现C54xx Rev.x CPU Cycle Accurate Simulator，点击，然后再点击“Save&Quit”，此时有窗口“Code Composer Studio Setup”出现，点击“Yes”，然后进入CCStudio:Parallel Debug Manager，在“Open”选项中选择“C54xx Rev.x CPU Cycle Accurate Simulator”，则进入设计的操作界面。
2、载入程序代码，编译并执行首先，点击“Project”，建立新文件；然后点击“File”，建立源文件，后缀名分别为“.C”、“.cmd”；其次，把编好的FFT程序放入“.C”文件中，命令文件也编入“.cmd”中；再次，加载文件“.C”及“.cmd”文件;接着点击“Project”中的“Rebuild Aall”,无错误出现，则继续操作；点击“File”中的“Load Program”，把后缀为“.out”的文件加载进来；然后点击“Run”，最后，点击“View”，“Graph”，进入“time/Frequency”，修改设置后，点击“ok”，则出现图像。
简易频谱分析仪课程设计
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；频谱分析仪目录⒈设计要求 (1)⒉方案论证 (1)⒊方案设计 (2)3.1 硬件设计 (2)3.2 软件设计 (8)⒋测试说明 (9)4.1 测试仪器 (9)4.2 测试过程几组测试数据 (9)⒌小结 (10)⒍系统需要的元器件清单 (11)参考文献 (11)⒈设计要求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。
⒉方案论证方案一[1]：扫频法。
这种频谱分析仪采用外差原理，由本机振荡器产生一定步进频率的信号与输入信号相乘，然后由适当的滤波器将差频分量滤出以代表相应频点的幅度。
本机振荡信号可以达到很宽的频率，与外部混频器配合，可扩展到很高频率。
这种方法的突出优点是扫频范围大，硬件成本低廉，但这种方法对硬件电路要求较高，各模块性能都需要精心设计，且连接在一起整体调试时有一定难度。
而且它只适于测量稳态信号的频率幅度，获得测量结果要花费较长的时间。
方案二[2]：FFT法。
这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。
基于DSP的简易数字频率计
数字频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使得仪器的体积更小、耗电更少、精度和可靠性更高。而传统的频率计测量误差较大，范围也较窄，因此逐渐被新型的数字频率计所代替。基于DSP的等精度频率计以其测量准确、精度高、方便、价格便宜等优势将得到广泛的应用。
我们设计的简易数字频率计在未采用任何门控器件控制的情况下，在很宽的范围内实现了等精度频率测量，0.5Hz~10MHz的范围内测量方波的最大相对误差小于2e-6，测量正弦波的最大相对误差小于3.5e-5；结果通过RS232通讯显示在计算机上，可以很方便地监测数据。
硬件设计
，将被测信号经过高速运放OPA2690进行放大，在经过高速比较器TL3016进行整形，由于比较器在对低频正弦波信号进行整形时，输出波形的边沿有比较严重的抖动，影响测量。解决办法是对比较器加入正反馈，加速信号边沿，同时形成滞环，可有效消除抖动。整形后的信号经过高速施密特触发SN74LVC1G14进行限幅和进一步整形。测量部分主要使用DSP2812芯片上定时器T1的时钟输入引脚TCLKINA、定时器T1的比较输出引脚T1PWM和捕获单元CAP1的输入引脚CAP1，即可完成频率测量。通讯部分选择MAX3221作为RS-232电平转换器件，通过9芯标准RS-232口与上位机进行串行通信。主要使用了DSP的串行通信发送引脚SCIRXD和串行通信接收引脚SCITXD。
基于dsp的谱分析仪设计开题报告
毕业设计(论文)开题报告学生姓名：董华珊学号： 0902050203专业：电气工程及其自动化设计(论文)题目：基于DSP的谱分析仪设计指导教师：郭海涛2021 年 3 月 15 日毕业设计〔论文〕开题报告1．结合毕业设计〔论文〕课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述频谱分析仪是研究电信号频谱构造的仪器，可对调制信号、脉冲信号及其他信号的频率、电平、调制度、调制失真、频偏、互调失真、谐波失真、增益、衰减等多种参数进展测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。
它又称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等]1[。
频谱分析仪具有高灵敏度、频带宽、动态范围大等特点，可方便的获得时域测量中不易得到的独特信息，如频谱纯度、信号失真、寄生、交调和噪声边带等各种参数。
频谱分析仪可广泛应用于微波通信、雷达、导航、电子对抗卫星地面站、空间站、空间技术、频率管理、信号监测、EMI诊断和EMC测量等方面，是开展军用电子元器件和军用整机的科研、消费、测试、试验和计量等部门的必备仪器]2[。
因此，应用非常广泛，被称为工程师的射频万用表]3[。
信号处理器〔DSP〕是一种可编程的高性能处理器，近年来开展很快，不仅适用于数字信号处理，且在图像处理、语音处理、通信等领域都得到了广泛应用]4[。
DSP构造设计提供了低本钱、低功耗和高性能的处理才能，以DSP作为核心是智能化制造技术中智能控制器的开展方向]5[。
随着计算机和微电子技术的开展，基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并发挥着重要作用]3[。
现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，可以对从直流到亚毫米波的整个电磁波频谱的任何一段进展频谱或光谱分析。
对于一台频谱分析仪来说，可以覆盖的频带也越来越宽。
现代的各种频谱分析仪不仅能分析连续波信号，而且还可以对瞬态信号和无规那么变化的随机信号进展实时频谱分析。
基于DSP频率计的设计
引言频率是指某周期现象在单位时间内所重复的次数，它与时间在数学上互为倒数。
时间频率的精确测量促进了科学的发展，而科学的发展又反过来把时间频率的测量提高到新的高度。
特别在最近的几十年里，频率和时间的测量精度已达到非常高的水平，即已远远超过其他所有物理量的测量精度。
它主要的应用领域有导航和通信两大类，以及空间技术、工业生产、交通、科学研究及天文学与计量学方面。
为了适应现代技术发展的要求，新型的频率计中都使用了单片机进行数据处理，这样，由软件代替了复杂的硬件电路，使仪器的结构简化，功能增强。
本文给出一种基于TMS320F2812(简称F2812)DSP的一种简易测频方法。
该方法有效利用F2812的片内外设事件管理器的捕获功能，在被测信号的有效电平跳变沿捕获计数，电路实现多靠软件设置，运算简单，实时性好，测量精度高。
1 测量方法常用的测频方法主要有直接测频法、直接测周法以及多周期测量法。
直接测频法虽在高频段的精度较高，但在低频段的精度较低，直接测周法则恰恰相反。
多周期测量法是将被测信号和标准信号分别输入到两个计数器，其实际闸门时间不是固定值，而是被测信号周期的整数倍，因此消除了对被测信号计数时产生的±1 Hz的计数误差，其精度仅与闸门时间和标准频率有关。
因此本设计采用多周期测量法作为具体的实施方案。
2 系统的设计2．1 系统的硬件设计硬件系统总体框图如图1所示。
被测信号首先经过限幅放大、直流偏置、整形电路，变换为0～3．3 V的方波信号，然后再进入DSP，利用其定时器和捕获单元实现频率的测量。
测量完成后，一方面可由键盘设置相关参数通过LCD 显示测量结果，另一方面可通过RS一232传送给PC机显示测量结果。
另外，为了提高系统的可靠性，增加了一个自我校准电路，即在测量之前，可通过软件设置产生1 MHz的标准脉冲信号，送到信号调理模块的输入端，检测测量结果是否正确，从而达到自我校准的目的。
本设计选用美国德州仪器公司(TI)的F2812 DSP作为核心处理单元。
基于DSP技术的频谱分析系统之电路设计分享
基于DSP技术的频谱分析系统之电路设计分享在昨天的文章中，我们为大家分享了一种基于DSP技术的频谱分析系统设计方案，并详细的介绍了这一方案的设计原理。
今天我们将会就这一方案的电路设计部分展开全面的分析和介绍，希望通过这一基于DSP技术的频谱分析系统方案，为各位工程师的研发设计工作提供一定的帮助。
电源电路设计 在本方案中，我们所设计的这一基于DSP技术集成芯片的频谱分析系统，其主要的电源主要分为两个部分，一部分是TPS767D318芯片，其主要为系统的控制核心DSP芯片供电，一部分是除MCU信号处理部分的电源，其主要采用传统的线性电源。
在整个频谱分析系统的设计过程中，电源电路为系统中DSP芯片及其他元器件提供电源，因此，在设计时主要从电源电压结构、电流要求及加电次序等三个方面考虑。
在这一基于DSP技术的频谱分析系统中，我们所设计的5402芯片供电电源部分采用低电压工作，其内核电压（CVdd）为1.8V，I/O引脚电压（DVdd）为3.3V。
而常用电子元器件工作电压为5V，因此，电源管理电路需要提供3种电压：5V、3.3V、1.8V。
实际常用的直流电压一般为5V或者更高，因此必须采用电压转换芯片，将高电压转换成3.3V和1.8V供5402芯片使用。
系统对电源的电流要求主要取决于DSP外围器件的激活度即使用情况。
其中CVdd电流取决于CPU的激活度，DVdd电流取决于外部接口引脚的激活度。
此外，理想情况下，对DSP芯片电源引脚的加电次序是同时加电。
在不能做到绝对同时时，应保证DVdd先于CVdd加电。
通过对设计要求的综合权衡，在芯片选择方面我们选择使用C5000系列DSP专门设计的LDO电压转换芯片TPS73HD318，该芯片在实际的电源管理。
基于DSP的谱分析仪设计 小论文
基于DSP 的谱分析仪设计董华珊 郭海涛（东北电力大学电气工程学院电气工程及其自动化专业，吉林132012）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发挥着重要作用。
本课题主要做了以下工作：首先，本文介绍了频谱分析仪的作用、课题背景、现状及发展趋势；然后，设计了以TI 公司的定点数字信号处理器（DSP ）TMS320VC5402为CPU 的开发系统，包括复位电路、时钟电路、存储器扩展、电源模块、AD 采样、DA 单元、JTAG 等的设计；由于CPU 采用FFT 算法，所以详细介绍了FFT 的原理以及其在TMS320VC5402上的实现。
关键词：TMS320VC5402；频谱分析；FFT ；功率谱A Design of Spectrum Analyzer Based on DSPAbstract ：With the rapid development of computer and microelectronics technology, spectrum analysis based on digital signal processing (DSP) has been applied to various fields and play an important role.This topic mainly done the following work: first of all, this paper introduces the role of a spectrum analyzer, topic background, present situation and development trend; Then, designed by TI company's fixed-point digital signal processor (DSP) TMS320VC5402 as CPU development system, including the reset circuit, clock circuit, memory expansion, a power supply module, AD sampling, DA units, such as JTAG design; Due to the CPU adopts FFT algorithm, so the principle of FFT is introduced and its implementation on TMS320VC5402.Keywords ：TMS320VC5402；Spectrum analyzer ；FFT ；Power spectrum1 引言随着电子技术的发展和新型器件的出现，频谱分析仪成为通信、雷达、遥控、导航领域必不可少的信号分析仪器。
基于STM32 DSP库的音乐频谱设计
基于STM32 DSP库的音乐频谱设计成员：游政园刘亚东彭誉黄文卓程剑张琼燕班级：电子信息科学与技术1211班指导老师：***目录一、设计任务和性能指标 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 性能指标 (2)二、设计方案 (2)2.1 系统总体方案设计 (2)2.2 硬件设计 (3)2.2.1主控MCU模块 (3)2.2.2电阻触摸液晶显示模块 (4)2.2.3音频采集模块 (6)2.2.3按键输入模块 (6)2.2.4 整体电路布局 (7)三、系统软件介绍 (7)3.1 软件实现思路 (7)3.2 各部分软件实现思路 (8)3.2.1 硬件初始化 (8)3.2.2 音频信号的采集 (9)四、测试结果 (11)4.1 64分频，即64点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (11)4.2 256分频，即256点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (12)4.3 64分频，即64点基4-FFT频谱与电脑对比测试 (12)五、结束语 (13)参考文献 (13)基于STM32 DSP库的音乐频谱设计报告摘要：本作品是基于STM32和DSP库的音乐频谱的设计，能够对采集的音频信号进行分频处理并显示在液晶屏上。
本设计主控芯片采用的是大容量增强型ARM Cortex-M3 内核STM32F103ZET6芯片，其运行频率高，运算速度快，主频为72MHZ，可超频至128MHZ，在移植了ST官方的DSP库后运算能力非常强，音频采样使用的是其内部12 位逐次逼近型的模拟数字转换器，采样速度快，转换时间短，精度高，同时显示用的是用FSMC控制的TFT 液晶屏，可以达到非常好的显示效果。
关键字：STM32；DSP库，音乐频谱一、设计任务和性能指标1.1 设计任务设计一个音乐频谱，带有FFT-64点和FFT-256点的音乐柱状显示。
用Altium Designer画出原理图，绘出程序流程图，规范化程序设计。
实现基本功能。
1.2 性能指标1、音乐频谱显示柱状更新速度快，能实时显示当前音乐频谱分布。
基于DSP的简易频谱仪设计方案
目录摘要 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。
第一章前言. (2)第二章频谱仪原理 (3)第三章频谱仪硬件设计 (4)3. 1相关开发工具 (4)3.2频谱仪硬件设计 (4)3.2.1 系统设计方案 (4)3.2.2 电源 (5)3.2.3 滤波器 (7)3.2.4 ADC信号采集 (8)3.2.5 异步串行口 (10)第四章频谱仪软件设计与实现 (11)4.1系统软件框架图 (11)4.2 FFT实现 (11)4.2.1 FFT原理 (11)4.4.2 FFT软件实现框图 (13)4.3异步串行口 (14)第五章频谱仪结果分析 (15)5.1结果分析 (15)5.2总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)附1 元器件清单明细 (17)附2 源代码 (17)第一章前言频谱分析实质是对信号功率谱的估计，功率谱技术渊源很长，广泛应用于雷达、声纳、通信、地质探测、天文生物医学工程等众多领域，是军用和民用电子测试不可或缺的设备，例如，对各类旋转、电机、机床等机器的主题或部件进行实际运行状态下的谱分析，可以提供设计数据和检验设计结果，或者寻找震源和诊断故障，保证设备的安全运行等。
在DSP芯片出现之前频谱分析的实现是依靠模拟滤波的方法来完成的。
数字信号处理技术的发展为频谱分析提供了新的解决方案。
本文设计了一种基于DSP的频谱分析系统，该系统以TI公司的DSP芯片TMS320VC5402作为数据处理核心，组成了具有数据采集实时数据处理和频谱显示功能的硬件平台，在此基础上，应用FFT技术形成数字化的频谱分析系统。
系统信号通过AD8032构成的带通滤波器，由AD9200作为高速模数转换器，由DSP芯片完成FFT变换，最后通过串口输出到PC机，并显示波形。
基于dsp的简易频率计设计
第40卷 第 2期 2019 年
玉 妹 师 范 学 晚 学 板 （自然科学） JOURNAL OF YULIN NORMAL UNIVERSITY
V 〇1.40 No.2 (Natural Science)
基 于 DSP的简易频率计设计
□ 王 强 ，罗扬静，林桂先
( 玉 林 师 范 学 院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 ，广 西 玉 林 537000)
[ 关键词]频率计；占空比；定时器；DSP [中图分类号]TM935.1 [文献标识码] A [文章编号]1004-4671 (2019) 02-0052-06
随着电子技术的高速发展，世界各国加速了对电子领域的研究。各种电子测量仪器在原理、功 能 、精 度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，特别是精密测量出电子设备中各种信号的频率、周 期 、占空 比 等 电 参 数 已 经 变 得 十 分 重 要 [11。频 率 计 又 称 为 频 率 计 数 器 ，是 一 种 专 门 对 被 测 信 号 频 率 进 行 测 量 的 电 子 测量仪器[21，被测信号可以是正弦波、方 波 、三角波或其它周期性变化的信号。 目前，国内外大部分以51 单 片 机 、430单片机等为主控核心，通过等精度测频法131使用门控器件产生门控信号，从而实现实际门闸信 号 与 被 测 信 号 同 步 ，以 消 除 对 被 测 信 号 计 数 产 生 的 一 个 脉 冲 的 误 差 ，或 者 经 过 脉 冲 数 定 时 测 频 法 利 用 定 时 器定时脉冲个数现的特点，但这两种方法所设计 的频率计在测量较高信号或低信号时误差较大，精度低，测频范围小，且稳定性差，不 易 携 带 。
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基于DSP的简易频谱仪设计方案指导老师：***班级：信处092姓名：苟海军 2009021109朱鑫 2009021114郑顺 200902二零一二年四月二十八日摘要本文设计了一种实时信号频谱分析系统，该系统以TMS320VC5402DSP作为系统数据处理核心，首先对信号作滤波处理，再通过AD9200高速模数转换芯片对数据信号进行采样，最后通过串口在PC机上完成对数据的显示。
其中，DSP芯片完成数模转换和FFT变换。
应用DSP芯片，可以完全胜任较高频率信号处理的工作，在本系统中的信号频率为2MHz。
另外，本系统的设计能够实现对信号的实时频谱分析并显示。
关键词:频谱分析DSP FFTAbstractThis paper introduces the design of a real time signal spectrum analysis system,the system uses TMS320VC5402DSP as the core of data processing system,to complete the signal filter processing at frist and sampling the data signal by the high speed analog to digital conversion chip-AD9200.At last,the system will display the data by USART on the computer. What need points out is that DSP chip completes the conversion and FFT transform mainly. Application of DSP device can be fully qualified for the job that processing the high frequency signal.In addition,the frequency of the signal is about 2MHz.What's more,the design of this system can complete the real-time signal spectrum analysis and display.Keywords：Spectrum analysis DSP FFT目录摘要 (2)第一章前言 (5)第二章频谱仪原理 (6)第三章频谱仪硬件设计 (7)3. 1相关开发工具 (7)3.2频谱仪硬件设计 (7)3.2.1 系统设计方案 (7)3.2.2 电源 (8)3.2.3 滤波器 (10)3.2.4 ADC信号采集 (11)3.2.5 异步串行口 (13)第四章频谱仪软件设计与实现 (14)4.1系统软件框架图 (14)4.2 FFT实现 (14)4.2.1 FFT原理 (14)4.4.2 FFT软件实现框图 (16)4.3异步串行口 (17)第五章频谱仪结果分析 (18)5.1结果分析 (18)5.2总结 (18)参考文献 (19)附录 (20)附1 元器件清单明细 (20)附2 源代码 (20)第一章前言频谱分析实质是对信号功率谱的估计，功率谱技术渊源很长，广泛应用于雷达、声纳、通信、地质探测、天文生物医学工程等众多领域，是军用和民用电子测试不可或缺的设备，例如，对各类旋转、电机、机床等机器的主题或部件进行实际运行状态下的谱分析，可以提供设计数据和检验设计结果，或者寻找震源和诊断故障，保证设备的安全运行等。
在DSP芯片出现之前频谱分析的实现是依靠模拟滤波的方法来完成的。
数字信号处理技术的发展为频谱分析提供了新的解决方案。
本文设计了一种基于DSP的频谱分析系统，该系统以TI公司的DSP芯片TMS320VC5402作为数据处理核心，组成了具有数据采集实时数据处理和频谱显示功能的硬件平台，在此基础上，应用FFT技术形成数字化的频谱分析系统。
系统信号通过AD8032构成的带通滤波器，由AD9200作为高速模数转换器，由DSP芯片完成FFT变换，最后通过串口输出到PC机，并显示波形。
本频谱分析系统的设计，能够完成对实时信号的处理，通过串口显示数据和波形，充分掌握DSP的FFT技术，熟悉DSP芯片的用法。
第二章频谱仪原理频谱分析仪大体可以分为扫描调谐式频谱仪及傅里叶分析仪2大类。
扫描调谐式频谱仪如扫频朝外差接收机，能分别显示复杂信号中各个不同频率分量的幅度，但不能提供相关相位信息。
这类一起主要用于连续信号和周期信号的频谱分析。
傅里叶分析仪采用数字采样及数字变换技术得到被测信号的傅立叶谱。
采用傅里叶分析仪能在被测信号存在的有限时间内，提取信号的全部频谱信息，并能显示频率、幅值及相位。
频谱分析仪从原理来看主要有快速傅里叶变换（FFT）分析仪和扫频调谐式分析仪。
本系统采用傅里叶变换的原理。
快速傅里叶变换分析仪是一种软件设计算法。
当知道被测信号f(t)的取样值fk,则可用DSP来按快速傅里叶变换的计算方法求出f(t)的频谱。
目前可以讲DSP于数据采集、显示电路配合组成频谱仪，通过串口发送给PC机显示出来，其原理如图2-1。
f图2-1 FFT频谱分析仪原理第三章频谱仪硬件设计3. 1相关开发工具本频谱分析仪是基于DSP的FFT技术的应用，需要研究人员熟悉多种应用软件，掌握各种信号处理芯片以及信号滤波等相关知识。
在硬件上，需要明确运放、模数转换器、电源芯片、串行口芯片以及电平转换芯片的使用方法和设计电路，完成系统硬件的设计。
在软件上，着重需要掌握CCS。
CCS是DSP开发的平台，是软件实现的基础，因此需要熟练操作该软件。
同时，应该努力学习掌握DSP的语法，实现对DSP 的应用，完成软件设计。
另外，还需要掌握Protel、Cadence等PCB制图软件，这是硬件开发的基础和必要前提。
3.2频谱仪硬件设计3.2.1 系统设计方案本频谱仪硬件系统主要分为电源部分、滤波器、AD采集和串行口数据输出四个部分。
其中，电源采用TI的TPS767D318，主要是为DSP芯片提供电源。
其它部分如ADC、串行口等则采用一般的电源芯片，如AS2815等。
滤波器部分是利用AD8032构成带通滤波器，完成对中频信号的滤波处理。
而串口通讯则是在MAX3232的前提下通过SC16C55C完成其数据传输过程。
DSP作为整个系统的中枢，完成信号的FFT变换。
其系统设计框图如图3-1。
图3-1 频谱仪设计系统框图在整个系统中，只有每一个模块合理设计才能让系统正常工作，每一个模块缺一不可。
下面将详细介绍其每个部分的设计思路。
3.2.2 电源频谱仪的电源主要分为两个部分，一部分是TPS767D318芯片，其主要为系统的控制核心DSP芯片供电，一部分是除MCU信号处理部分的电源，其主要采用传统的线性电源，如AS2815、78系列。
电源电路为系统中DSP芯片及其他元器件提供电源。
设计时主要从电源电压结构、电流要求及加电次序等三个方面考虑。
5402采用低电压工作，其内核电压(CVdd)为1．8V，I／O引脚电压(DVdd)为3．3 V。
而常用电子元器件工作电压为5 V，因此，电源管理电路需要提供3种电压：5 V、3．3 V、1．8 V。
实际常用的直流电压一般为5V或者更高，因此必须采用电压转换芯片，将高电压转换成3．3 V和1．8 V供5402芯片使用。
系统对电源的电流要求主要取决于DSP外围器件的激活度即使用情况。
其中CVdd电流取决于CPU的激活度，DVdd电流取决于外部接口引脚的激活度。
此外，理想情况下，对DSP芯片电源引脚的加电次序是同时加电。
在不能做到绝对同时时，应保证DVdd先于CVdd加电。
的外围电路提供电源其电路原理图如图3-3。
其中D1、D2为整流二极管起到防3.2.3 滤波器输入信号需要通过滤波器消除其噪声与纹波以满足模数转换器采样要求。
本系统滤波器设计成带通滤波器，用于采集中频信号，如设计一个中心频率为2M 的有源带通滤波器如图3-4，其频响如图3-5。
图3-4 中心频率2M的有源带通滤波器设计图3-5 中心频率2M的有源带通滤波器频响当然，也可设计一个有源低通滤波器，用于基带信号的采集，在这里就不做过多赘述。
3.2.4 ADC信号采集频谱仪输入信号在完成了滤波过程之后就需要模数转换器对信号进行采集。
系统采用AD2000高速模数转换器以完成对信号的采集任务。
AD9200是一款单芯片、10位、20 MSPS模数转换器(ADC)，采用单电源供电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。
它采用多级差分流水线架构，数据速率达20 MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。
AD9200的输入经过设计，使成像和通信系统的开发更加轻松。
用户可以选择各种输入范围和偏移，并可通过单端或差分方式驱动输入。
采样保持放大器(SHA)既适用于在连续通道中切换满量程电平的多路复用系统，也适合采用最高奈奎斯特速率及更高的频率对单通道输入进行采样。
利用片上箝位电路（AD9200ARS、AD9200KST），可以使交流耦合输入信号偏移到预定电平。
动态性能极为出色。
AD9200具有一个片上可编程基准电压源。
也可以选用外部基准电压源，以满足应用的直流精度与温度漂移要求。
采用一个单时钟输入来控制所有内部转换周期。
数字输出数据格式为标准二进制。
超量程(OTR)信号表示溢出状况，可由最高有效位来确定是下溢还是上溢。
其设计电路如图3-6。
图3-6 AD9200信号采集电路中频输入信号中心频率为2MHz，电压峰峰值为1V。
如果前端送出的中频信号阻抗为50Ω，则该电路直接可用；如果是较高阻抗，则电路中50Ω的匹配电阻不用。
CLKsam为DSP的定时器输出的Tout信号，通过D触发器将窄脉冲变成方波。
D触发器要用CMOS电路，如74HC74，便于3.3V供电。
也可用74HC393计数器做一次二分频获得。
DSP定时器输出的频率应是采样频率的2倍；而读信号可以直接使用DSP的DS信号或IS信号，频率必须和采样频率一致。
调试需要DSP软件的配合，通过仿真器加以控制。
3.2.5 异步串行口UART可采用SC16C550实现，通过电平转换电路MAX3232将3.3V的LVTTL 电平转换成标准的RS232电平，与计算机进行串行传输通信。
如图3-7为串口通讯电路。
实现通信只需TXD和RXD信号即可。
+3图3-7 串口通讯电路第四章 频谱仪软件设计与实现4.1系统软件框架图整个系统在软件设计上主要为数据采集、FFT 变换和串口数据发送，其中重点部分是ADC 模数转换和FFT 变换。