基于单片机的音频信号分析仪的设计[1]

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基于单片机的音频信号分析仪设计

基于单片机的音频信号分析仪设计
孙曼璐
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2013(000)010
【摘要】音频信号分析仪是一种分析数字音频信号的分析装置，信号进入音频信号分析仪后，被转换成数字信号，再进行处理，提取信号的时域和频域特征。

通过音频信号分析仪可以用来进行语音识别、衡量音频设备性能等。

本设计中的音频信号分析仪以单片机和FPGA为设计核心，采用FFT法来分析音频信号频谱。

本设计中音频信号分析仪的模块有前级信号调理模块、有效值检波模块、采样保持模块等。

该音频信号分析仪的频谱测量频率范围为20 Hz~10 kHz，频率分辨率为5 Hz，幅度范围（峰-峰值）为10μV~20 V。

由于本设计的系统控制十分简单，而且设计成本低廉，因而该音频信号分析仪具有很好的实用前景。

【总页数】1页(P26-26)
【作者】孙曼璐
【作者单位】辽阳职业技术学院 111004
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于STM32的音频信号分析仪的设计与实现 [J], 陈坚;盛庆华;毛礼建;翟依依
2.基于单片机MSP430F5438的音频信号分析仪的设计 [J], 李建明
3.基于STM32的音频信号分析仪设计 [J], 郭嘉敬;黎扬欢
4.基于单片机的音频信号分析仪的设计 [J], 王平;江华丽;王毅;郑孔华
5.基于STM32的音频信号分析仪设计 [J], 郭嘉敬;黎扬欢
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FFT在单片机上的实现

FFT在单片机上的实现摘要音频信号分析仪是一种可广泛见于各种音响、调音和录音设备上的，能实时地采样及分析输入的音频信号的频谱，并将其显示在显示屏上的设备，使人在聆听音乐时能对音乐的高低频能有直观的了解。

本文所介绍的即是这样一个音频信号分析系统。

系统的硬件由信号调理、控制处理器、显示模块三部分组成。

信号调理电路使信号可输入300mV~3V的交流音频信号。

这里只对单路信号处理：当电压较低时使用LM324运放获得增益，对超过12800Hz的信号进行滤波处理。

另外设置输出音频接口以便监听。

控制处理器采用51内核1T单片机STC12C60A5S2，晶振频率为32.768MHz。

该单片机自带8路10位高速ADC，这里只用1路ADC的高8位。

对信号连续采32个点进行浮点型FFT运算。

一次完整采样的时间为1.25ms，最高采样频率为25600Hz，分辨频率为800Hz~12800Hz，分16级。

显示部分主体为1602液晶显示屏，其具有2行×16列的8×5点显示点阵。

16分频谱将分别以柱高形式显示在显示屏上。

程序中设置了频率下落效果以使观感更好。

另设置了对比度调节电阻，使屏幕对比度可调。

关键词：FFT 单片机音频频谱THE REALIZATION OF FFT IN THEMICROCONTROALERABSTRACTAudio signal analyzer is a kind of device which can be widely found in various of audio, mixing and recording devices, and can sampling and analysis of the spectrum of the input have an intuitive audio signal and displays it on the display in real-time, people can are listening to Music for music when high frequency understanding. What presented in this article is just such an audio signal analysis system. The hardware of the system are formed with three parts: the signal conditioner, the control processor and the display module.Signal conditioning circuit makes the signal of 300mV ~ 3V AC audio signal available for inputting. In this system,we only process with single-channel signal: When the voltage is lower the system uses LM324 op amp to gain voltage, and as to signals more than 12800Hz it filters them. In addition the system sets an output audio interface for monitoring.The control processor of the system is the 51 cores 1T MCU STC12C60A5S2, with 32.768MHz crystal frequency. The device comes with 8-channel &10-bit high-speed ADC, where only one channel ADC high 8. The signal collected 32 points in consecutive floating-point FFT operation. A complete sampling time is 1.25ms, the maximum sampling frequency is 25600Hz, and the distinguish frequency is 800Hz ~ 12800Hz, with 16 levels.The main display section is 1602 LCD screen, which has 2 rows ×16 columns - 8 × 5 dot display matrix. 16 points to the column height spectrum will be displayed on the display. The process of setting of the frequency drop in the perception of better effect. There is also contrast adjustment resistor, which makes the screen contrast adjustable.KEY WORDS：FFT,MCU,AUDIO SPECTRUM目录第1章绪论 (1)§1.1研究的背景及意义 (1)§1.1.1课题研究背景 (1)§1.1.2课题研究意义 (1)§1.2课题发展的状况 (1)§1.3设计任务 (2)第2章系统方案设计 (3)§2.1 系统方案设计 (3)§2.2系统硬件的选择 (3)§2.2.1处理器的比较与选择 (3)§2.2.2采样模块的确定 (4)§2.2.3显示器件的比较和选择 (4)第3章系统硬件设计 (5)§3.1 单片机STC12C5A60S2 (5)§3.1.1单片机STC12C5A60S2功能简介 (5)§3.1.2 单片机STC12C5A60S2引脚图 (6)§3.1.2 单片机的最小系统 (6)§3.2 显示屏LCD1602 (7)§3.2.1 LCD1602简介 (7)§3.2.2 LCD1602的硬件连接 (8)§3.3.1 LM324电压增益与偏移电路 (9)§3.3.2 滤波电路 (10)第4章系统软件设计 (11)§4.1系统软件总体设计 (11)§4.2 系统软件详细设计 (12)§4.2.1 系统的准备和初始化 (12)§4.2.2 AD采样子程序 (13)§4.2.3 蝶形运算的FFT算法 (15)§4.2.4 显示子程序 (17)第5章系统调试 (20)§5.1 信号电压调试 (20)§5.2 单频率信号测试 (20)§5.2.1 实际频率分度测试 (21)§5.2.1 频率混叠和滤波效果 (22)§5.3 实际使用效果 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)附录 (27)一、主程序代码 (27)二、原理图 (35)第1章绪论§1.1研究的背景及意义§1.1.1课题研究背景在家庭影院、卡拉OK等音响系统中，实时显示音乐信号的频谱将为音响系统增不少色彩。

基于C8051F060单片机语音信号分析仪设计

• 162•基于C8051F060单片机语音信号分析仪设计东北石油大学电子科学学院张梦璐曹志民韩建【摘要】本文采用C8051F060单片机为控制核心，以快速傅里叶变换理论算法为基础，设计了音频信号分析仪。

该分析仪可实现实时分析音频信号频谱，输入信号的总功率，正弦信号失真度等参数并显示。

利用AD7520实现程控增益放大，扩大了输入信号动态范围，提高了输入信号灵敏度。

【关键词】音频信号分析；快速傅里叶变换；C8051F060；程控增益0 引言C8051F060单片机采用Silicon Lab 的专利CIP-51微控制器内核。

指令集兼容8051，与标准8051结构相比指令执行速度却有很大的提高[1]。

内部晶振25MHz ，指令吞吐量可选25MIPS ，片内集成了两个16位ADC ，采样速率可达到1Msps ，含有DMA 控制器接口，可自行存储从内部A ／D 传出的数据，不占用系统内部资源，且不用程序控制，大大地提高了运行的效率，因此非常适用于语音信号的分析。

1 总体方案设计该系统主要包括以C8051F060单片机为核心的主控制电路，射极跟随电路，程控增益放大电路，低通滤波电路，提升电路，SED1355图形液晶显示控制器控制的液晶显示电路，外扩RAM 及键盘输入等。

系统总体框图如图1所示。

系统采用NE5532构成前级射随电路，采用AD7520构成中级程控增益放大电路，末级低通滤波电路。

前级射随，中间程控放大，末级低通滤波电路构成单片机的外围电路。

AD7520经由单片机控制，利用单片机内部A/D 采样，通过控制放大器内部可控电阻网络来实现较宽的输入电压范围。

利用128K-8bit 高速静态外扩RAM 71V124，可实现大数据量的处理。

采用键盘显示芯片7279实现键盘的管理及控制。

图1 系统框图2 主要单元电路设计2.1 程控增益放大电路本文应用AD7520作为程控增益放大器，通过其内部可控电阻网络，通过单片机内部A.D 采样进行控制，实现可控增益调节，达到输入信号电压范围：20mV ～5V 。

音频信号分析仪_范文

题目：音频信号分析仪（A题）作者：信鹏皓张玉霞邓杰辅导教师：王淑娟老师一、总体方案设计1.1 主处理器选择根据题目要求，需分析音频信号频率成分并可测量正弦信号失真度，很显然需要研究信号的频域特性。

在进行频域分析之前，必须使用AD采集一段离散的信号序列作为频域分析的原始数据，离散傅里叶变换(DF T)是分析离散周期序列的主要手段。

因此，可以采用数据采集及处理的方法分析信号的频率成分。

由于DF T计算过程需要完成大量的乘法和加法操作，而且随着采样点数的增加成指数性增长，尽管可以通过快速傅里叶变换(F F T)减少计算量，但其复杂程度对于普通微处理而言仍然相当可观。

因此本设计的关键是选择合适的微处理器作为系统的控制和处理芯片。

普通单片机、ARM、DS P都可完成此功能，其各项功能比较如表一所示。

表一三种微处理器的比较从上表可以看出，普通单片机最大缺点是其运行速度慢，完成FF T计算需花费较长时间；而DS P的开发周期较长，价格较贵。

因此，最终选择各项指标都比较均衡的ARM作为系统的主处理器。

1.2 总体方案设计选择ARM为主处理器后，设计系统总体框图如图1所示。

其中，程控放大器能够根据输入信号的幅值动态调节放大倍数以次提高系统灵敏度；滞回比较和过零比较电路用于将被测信号整形为标准的脉冲信号，用于主控器测量频率或周期。

图1 系统总体框图二、理论分析与计算2.1 放大器的设计(1) 输入信号先经过跟随放大器以保证输入阻抗50欧姆。

(2) 为了对不同幅值的信号进行功率测量分析，对信号进行不同倍数的放大。

我们利用模拟开关把运算放大器的放大倍数设计为150倍，15倍和1倍三档。

其放大倍数利用软件来控制。

(3) 为了对不同幅值的信号进行频率测量分析，将通过跟随放大器的输出信号放大一定的倍数，再经过一系列整形得到ARM 需要的信号。

2.2 周期性测量方法利用ARM 对整形后的波形信号进行计时采样，通过定时100毫秒ARM 捕捉到的上升沿个数即可测得此信号的频率，取频率的倒数就是周期。

音频信号分析仪系统电路设计

音频信号分析仪系统电路设计
音频信号经过一个由运放和电阻组成的50 Ohm 阻抗匹配网络后，经由量程控制模块进行处理，若是一般的100mV-5V 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，12 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。

电源系统设计
经过12 位A/D 转换器ADS7819 转换后的数字信号经由32 位MCU 进
行FFT 变换和处理，分析其频谱特性和各个频率点的功率值，然后将这些值送由Atmega16 进行显示。

信号由32 位MCU 分析后判断其周期性，然后由Atmegal6 进行测量，然后进行显示。

单元电路设计
前级阻抗匹配和放大电路设计
信号输入后通过R5，R6 两个100Ohm 的电阻和一个高精度仪表运放
AD620 实现跟随作用，由于理想运放的输入阻抗为无穷大，所以输入阻抗即为：R5//R6=50Ohm，阻抗匹配后的通过继电器控制是对信号直接送给AD 转换还是放大20 倍后再进行AD 转换。

在这道题目里，需要检测各频率分量及其功率，并且要测量正弦信号的失真度，这就要求在对小信号进行放大时，要尽可能少
的引入信号的放大失真。

正弦信号的理论计算失真度为零，对引入的信号失真
非常灵敏，所以对信号的放大，运放的选择是个重点。

我们选择的运放是TI
公司的低噪声、低失真的仪表放大器INA217，其失真度在频率为1KHz，增益。

音频信号分析仪的设计

２系统分析计算及软件流程
２１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１２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ＡＤ将模拟信号变换为数字后，ＵＳ经Ｂ送入ＰＣ机中进行ＦＴ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ＦＴ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
ｉｊ２ｊ圈
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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１０２；２北京航天时代激光导航技术有限责任公司０２３．北京１０２０００３厦门市冠准通讯科技有限公司．福建厦门３１０）６８０摘要：本文以单片机为基础，用离散傅里叶变换（Ｆ）利ＤＴ对音频信号进行频谱分析。系统主要由音频信号放大，／转换、ＡＤ频谱分析、结果显示等部分组成。谱频率分辨率为２Ｈ，０ｚ频谱测量频率范围为２Ｈ～１００ｚ０ｚ００Ｈ。关键词：频谱分析ＡＤＦＴ／Ｆ中图分类号：ＴＮ９ｌ文献标识码：Ａ文章编号：６２３９（００Ｉ（）０８１７－７１２１）２ｅ一０２ —９１常用频率分析方法有：扫频法、字滤波法、Ｆ法。数ＦＴ扫频法只适方案二：过ＵＳ接Ｉ将数据传送＊Ｐ机上，通ＢＺｌＵＣ在Ｐｃ机上利用快

基于ARM单片机LPC2148的音频分析仪设计

基于ARM单片机LPC2148的音频分析仪设计随着微和信息技术的迅速进展，以为代表的数字技术进展日新月异。

单片机因为具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵便、微型化和用法便利等优点，而广泛应用于各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业过程的实时控制和数据处理。

实际上，通过采纳单片机来举行控制，可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。

本文通过对照挑选采纳了LPC2148芯片解决计划来实现音频分析仪的设计。

1 系统分析与挑选1．1 信号处理原理分析在对音频信号举行分析的过程中，本文采纳了迅速傅立叶变换FFT算法，即首先对音频信号举行离散化处理，然后举行FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率数值，并得到离散化的功率谱，最后在频域计算被测音频信号的总功率。

1．2 系统的挑选在处理器的挑选上，通常可以挑选8位、16位或者是32位的。

但是，因为在处理信号的过程中，通常会用到迅速傅立叶变换FFF算法，所以需要举行大量的浮点运算，而且一个浮点要占用四个字节，故在处理过程要占用大量的内存，同时浮点运算时光也很慢，所以采纳一般的8位MCU和16位MCU普通难以在一定的时光内完成运算。

综合考虑系统内存的大小以及运算速度，本系统选用Philips公司的32位单片机LPC2148。

该芯片具有32 KB的RAM，而时钟频率高达60 MHz，所以，对于浮点运算，不论是在速度上，还是在内存上都能够很快的处理。

在信号采样方式上，因为本系统所选用的32位MCU芯片LPC2148是60 MHz的单命令周期处理器，定时精度为16．7 ns，可以实现40．96 kHz的采样率，而且控制便利，成本廉价，所以，本设计由MCU举行挺直采样，而不采纳DDS芯片协作FIFO对信号举行采集。

2 系统设计2．1 总体设计在系统总体设计中，音频信号的采样过程十分关键。

当音频信号经过一个由运放和组成的匹配网络举行采样时，首先要由量程控制模块对信号举行处理，假如信号在100 mV～5 V的范围内挑选直通，也就是不对信号举行衰减或者放大控制，则可削减误差。

音频信号分析仪设计

音频信号分析仪设计学院：电子信息学院专业：电子信息工程姓名：学号：指导老师：摘要本音频信号分析仪由STM32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50mVpp-5Vpp，分辨力分为20Hz和100Hz两档。

测量功率精确度高达5%,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 STM32 音频信号分析AbstractThe audio signal analyzer is based on a STM32 microprocessor, through the AD converter for audio signal sampling, the continuous signal discrete, and then through the FFT fast Fourier transform computing, in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing, and then through the high-resolution LCD display signals in the spectrum. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 20 Hz-10KHz, the range of 50mVpp-5Vpp，resolution of 20 Hz and 100 Hz correspondent. Power measurement accuracy up to5%, and be able to accurately measuring the periodic signal cycle is the ideal audio signal analyzer solution.Key words:FFT STM32 audio signal analyzing目录一、系统设计方案与论证 (1)1.1 系统总体设计 (1)1.2 CPU的选择 (1)1.3 前端信号调理电路 (2)1.4 AD转换模块 (2)1.5 LCD液晶显示模块 (2)二、硬件设计 (2)2.1 阻抗匹配电路 (2)2.2 峰值检测电路 (3)2.3 电压抬高电路 (4)2.4 可变增益放大电路 (4)2.5 低通滤波电路 (6)三、软件设计 (6)3.1 FFT程序 (7)3.2 功率谱测量方法 (8)3.3 周期性判断方法 (9)3.4 ADC采样程序 (9)3.5 LCD显示程序 (10)四、系统调试 (10)4.1 硬件调试 (10)4.2 软件调试 (13)4.3 总体调试 (14)五、测试结果 (15)六、总结 (16)附录 (16)参考文献 (20)一、系统设计方案与论证1.1 系统总体设计总体设计思路：信号经过电压跟随器后进入峰值检测然后经过两个电压比较器把输入信号分2段，然后分别进入不同的增益放大电路进行放大，经过电压抬升后进入ADC进行采样，然后利用STM32进行软件编程来进行FFT计算，判断是否为周期信号，求出输入信号的频率、功率、频谱等，然后在同步显示在液晶屏上。

基于单片机MSP430F5438的音频信号分析仪的设计

基于单片机MSP430F5438的音频信号分析仪的设计李建明【摘要】介绍了音频信号分析仪的硬件结构和软件设计.该设计在MATLAB计算、仿真的基础上,搭接了以单片机MSP430F5438为核心器件的控制电路,利用快速傅里叶变换(FFT)的方法对采集的音频信号进行频谱、功率值、正弦信号失真度等分析.该系统能够精确测量频率范围为20 Hz～ 10 kHz,其幅度范围为100 mVpp～5 Vpp的音频信号,频率分辨率达到20Hz,检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的95％,单个频率功率误差小于7％,并能够准确地判断输入信号的周期性或非周期性,提供了较为理想的音频信号分析仪的解决方案.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(044)006【总页数】4页(P185-188)【关键词】单片机;快速傅里叶变换;频谱;失真度;周期性【作者】李建明【作者单位】南京师范大学,江苏南京210046【正文语种】中文【中图分类】TH89工程技术领域都会涉及要处理各种音频信号，如电机振动发出的声音，利用滚动轴承的音频信号对内圈、外圈、滚动体和保持架等轴承的4个重要部件进行故障诊断。

为了对音频信号进行处理，往往采用数字信号处理的方法进行编码、传输和存储。

但在实际的音频信号的数字化信号处理系统中，由于各种频率成分相差很远的信号混叠在一起，系统需具有相应的检测装置和多种采样率，并根据所传输的信号自动完成采样率的转换。

现介绍一种基于单片机MSP430F5438的音频信号分析仪的设计，对所测量的音频信号进行FFT(快速傅里叶变换)，把时域信号转变为频域信号，在此基础上可以进行各种分析[1-2]。

1.1 系统结构系统的硬件电路主要由信号源或信号叠加电路、电压跟随器、可编程增益放大器、低通滤波器和电平转换、MSP430F5438单片机、LCD显示和键盘等部分组成，系统结构框图如图1所示[3]。

1) 信号源或信号叠加电路信号叠加电路采用反向求和电路，将N路信号求和后输出。

基于单片机的音频频谱显示器设计说明[文摘][整理]

目次1 绪论-----------------------------------------------------------12 系统功能-------------------------------------------------------13 系统设计-------------------------------------------------------23.1 主控单元----------------------------------------------------23.2 STC12C5A60S2 系列单片机单片机的A/D转换器-------------------10 3.3 STC12C5A60S2 系列单片机单片机的I/O口结构-------------------113.4 频谱显示单元-----------------------------------------------144 音频频谱显示相关问题-------------------------------------------164.1 频谱及频谱显示---------------------------------------------164.2 FFT运算规则及编程思想--------------------------------------175 总结-----------------------------------------------------------22参考文献-------------------------------------------------------24致-----------------------------------------------------------23附录A 源程序-------------------------------------------------25附录B 系统电路图---------------------------------------------321 绪论随着电子技术的进步发展在功率放大器的设计上功能也不断更新。

基于MSP430F1611单片机的音频信号分析

基于MSP430F1611单片机的音频信号分析时间：2011-05-04 10:51:07 来源：电子设计工程作者：李侠，周立文，李丹电子科技大学摘要：为了使音频信号分析仪小巧可靠，成本低廉，设计了以2片MSP430F1611单片机为核心的系统。

该系统将音频信号送入八阶巴特沃兹低通滤波器，对信号进行限幅放大、衰减、电平位移、缓冲，并利用一单片机负责对前级处理后的模拟信号进行采样，将采集得到的音频信号进行4 096点基2的FFT计算，并对信号加窗函数提高分辨率，另一单片机负责对信号的分析及控制显示设备。

此设计精确的测量了音频信号的功率谱、周期性、失真度指标，达到较高的频率分辨率，并能将测量结果通过红外遥控器显示在液晶屏上。

关键词：MSP430F1611；FFT；窗函数；频率分辨率；周期性；失真度；功率谱音频信号分析是语音识别的基础，现在大多数音频信号分析仪不仅体积大而且价格贵，某些特殊方面难以普及，而嵌入式系统分析仪具有小巧可靠的特点，所以开发基于特殊功能单片机的音频信号分析仪器具有很好的现实意义。

本系统将采用集成有μC／OS-Ⅱ操作系统的单片机，利用快速傅里叶变换并加窗函数的方法来实现对音频信号各项参数的分析。

1 系统总体方案信号首先通过8阶有源巴特沃兹滤波器进行抗混叠处理，然后通过放大衰减，电平搬移缓冲网络后，送单片机处理。

系统的2片MSP430F1611单片机，一片负责对模拟信号进行采样，并对采集得到的信号进行4096点的FFT计算，另一片负责控制显示设备以及完成对信号功率谱，周期性，失真度的分析。

系统的总体方框图如图1所示。

2 系统各硬件设计2．1 抗混叠滤波器的设计根据Nyquist定理，AD模数转换器以fs的频率采样输入信号时，频率f>fs ／2的信号将被关于fs／2的频率镜像到2fs-f处，带外杂散信号所引起的混叠现象如果没有经过适当的滤波处理，这些频率成分将会影响到带内数据采集的性能指标。

音频信号分析仪实验报告

音频信号分析仪实验报告音频信号分析仪（课程设计）组员：唐中源 1128401074黄君君 1128401104施以鹏 1128401105 指导老师：邓晶专业：通信工程完成时间： 2014年6月16日目录摘要 (4)一、方案比较论证 (5)1.1控制器选择 (5)1.2放大器设计方案 (5)1.3主控芯片的选择 (6)1.4 FFT计算方式选择 (6)二、硬件设计 (6)2.1 总体设计 (6)2.2 模块单元设计 (7)2.2.1 电压跟随 (7)2.2.2 放大模块 (8)2.2.3 峰值检测电路 (11)2.2.4 滤波模块 (12)2.2.5 电压抬高模块 (13)2.2.6 模拟开关、比较器模块 (14)三、软件设计 (14)3.1ADC采样程序设计 (15)3.2快速傅里叶变换程序设 (16)四、硬件调试及系统测试 (17)4.1 分模块焊接仿真 (17)4.2 模块组合联调 (19)五、总结 (21)参考文献 (22)附录 (22)摘要本文主要论述了基于STM32单片机的音频信号分析仪的具体实现。

设计的关键部分是快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT) 。

通过使用定点运算及FFT算法，该仪器每秒可完成115次1024点32位精度的FFT运算，可满足信号带宽20 Hz~10KHz、频率分辨力20 Hz的要求。

结果通过触屏LCD显示，显示出时域和频域波形并能进行两者切换，调整波形位置、大小，可以显示出测量的峰峰值、周期，可以判断输入是否为周期信号。

系统采用程控放大器PGA202KP，通过STM32内部的ADC检测输人信号幅度控制放大器放大倍数，实现了自动检测放大输入信号; 采用两种频率控制ADC交替采样完成信号幅和频率的准确测量。

AbstractThis article mainly elaborated based on the STM32 monolithic integrated circuit tonic train signaling analyzer concrete realization. This analyzer uses the FFT fast algorithmic analysis tonic 12 train signaling，the resultthrough the oscilloscope demonstration frequency spectrum and the LCD demonstration. And joins the adjustment function. System use program control amplifier PGA202, through the ADC examination input signal scope control amplifier enlargement factor, realizes the entire automatic detection enlargement input signal system also to use two kind of frequency controls ADC sampling to complete the signal scope and the frequency accurate survey in turn.关键字STM32 PGA202 频域分析FFT 失真度一、方案比较论证1.1控制器选择在数字信号处理中，常用的控制器有FPGA、DSP及STM32。

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《单片机原理与应用》任务书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)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。

基于单片机的多功能音乐频谱仪的设计与实现

能框架设计如图1所示。

图1系统功能框架设计图2硬件设计本系统以STC12C5A60S2单片机为核心,通过蓝牙无线接收模块进行采集,主要包括以下功能:频谱显示、环境温度监测、时钟和呼吸灯功能。

这些功能增强了音乐频谱仪的实用性。

2.1频谱显示功能本系统将采集到的音频信号通过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。

主要包括两个模块:音频输入模块和音频滤波模块。

音频输入模块通过单片机P1口,完成音频信号的采样并将采样信号进行A/D转换。

A/D转换口在P1口有10位8路高速A/D转换器,通过软件可设置将AH201612216037)。

安徽新华学院电子通信工程学院讲师,主要从事智能信息处理研究。

安装简便等优点。

图2DS18B20温度传感器采样电路原理图2.3时钟功能本系统利用STC12C5A60S2单片机内部的A/D模块[6],将采集的信号进行模数转换为时间数据,并通过单片机同步传输数据给显示模块。

2.4无线蓝牙传输模块当手机蓝牙与音乐频谱仪蓝牙模块匹配连接成功后,即可实现频谱仪与手机的数据传输功能[7],当单片机蓝牙模块收到手机发送的特定信号后,即可利用内部的A/D模块,将音频模拟信号转化为数字信号,实现音频信号的无线传输。

3软件设计多功能音乐频谱仪采用STC12C5A60S2单片机作为线代表一种频率成分。

图3系统程序流程图图4音乐频谱效果显示图4结束语本文提出了一种多功能音乐频谱仪系统,该系统采用单片机控制,将人们喜爱“听”的音乐形象化地展示“看”出来,采用蓝牙模块实现语音信号的无线传输,并且增加了呼吸灯、时钟与温度显示功能,大大增强了系统的实用性与人性化。

【参考文献】[1]蒋长锦,蒋勇.快速傅里叶变换及其C程序[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2004:32-349.[2]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社,2009.[3]冀勇钢,杨赫天.基于单总线温度传感器的多点测温系统设计[J].现代电子技术,2010,12:23-25.[4]王泽元.基于DS18B20多点温湿度采集系统的设计[J].吉。

音频信号分析仪设计报告

音频信号分析仪设计报告学院：电子信息学院班级：12电子信息工程指导老师：***小组成员：122840112x 程博雅前言音频信号是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。

根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。

其中规则音频又可以分为语音、音乐和音效。

规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。

声音的三个要素是音调、音强和音色。

声波或正弦波有三个重要参数：频率ω0、幅度A n 和相位ψn ，这也就决定了音频信号的特征。

音频分析仪器是指既能够测量话筒、音频功放、扬声器等各类单一音频设备的各种电声参数，也能测试组合音响、调音台等组合音频设备的整体性能的分析类仪器。

目前市场上已经出现了可用于测量音频设备的各类分析仪器，例如失真度分析器、音频分析仪、频率计数器、交流电压表、直流电压表、音频示波器等。

这些基于各种功能电路的机架式硬件仪器使用简便、测量精度较高，目前己经获得了广泛的应用。

一般说来，一台功能较为齐全的音频分析仪器应能测量信号交直流电压、信号频率、谐波失真、信噪比等参数。

功能强大的音频分析仪器提供频谱分析、倍频程分析、声压级测量等功能。

早期专业的音频分析仪种类很少，在做音频测量时一般是利用万用电表、频率计、示波器及频谱仪等组合成一套音频测试系统。

这种测试系统中间环节多，各环节之间接口匹配较为困难，使用起来比较麻烦，测量结果往往也不精确。

近年来出现的音频分析仪器也与仪器的主流发展趋势一致，朝着高度集成化、智能化的方向发展，这些仪器集成了复杂音频信号发生装置、功率放大装置等，具备了一些初步的图形化分析功能，使用户很容易组建音频测量系统。

目录前言 (2)目录 (3)摘要 (5)第1章设计方案论证 (5)1.1语音信号采集模块 (5)1.2主控芯片的选择 (2)1.3程控放大器模块 (5)1.4抗混叠滤波器模块 (6)1.5模数转换模块 (6)1.6功率测量模块 (6)第2章系统设计 (7)2.1总体方案设计 (7)2.2硬件电路设计 (7)2.2.1驻极体放大电路模块 (7)2.2.2电压跟随电路模块 (8)2.2.3程控增益放大模块 (8)2.2.4电压抬升电路模块 (9)2.2.5抗混叠滤波模块 (10)2.3软件设计 (11)2.3.1 程序流程图 (12)2.3.2 ADC采样程序设计 (12)2.3.3 快速傅里叶变换模块设计 (13)2.3.4 功率、失真度计算 (13)2.3.5 周期性判断 (14)2.3.6 频谱显示 (15)2.3.7 按键控制模块 (15)第3章系统测试 (16)3.1硬件电路测试 (16)3.1.1驻极体放大电路模块 (16)3.1.2电压跟随电路模块 (16)3.1.3程控增益放大模块 (17)3.1.4电压抬升电路模块 (17)3.1.5抗混叠滤波模块 (18)3.2系统功能测试 (19)3.2.1确知信号测试 (19)3.2.2麦克风输入信号测试 (20)第4章总结 (21)参考文献 (21)附录 (21)附录1 元器件明细表附录2 仪器设备清单附录3 测试实物图附录4 程序主函数摘要：本系统基于快速傅立叶变换(FFT)算法，以单片机STM32F103ZE为控制与数据处理核心，结合必要的外围电路，实现对频率范围在20Hz~10KHz音频信号频率成分的分析。

基于FPGA的音频信号分析仪设计（含完整程序）基于设计程序FPGA音频信号音频分析信号分析分析

本科毕业论文（设计）题目基于FPGA的音频信号分析仪学生姓名专业名称电子信息科学与技术指导教师教师职称2009年12月10日基于FPGA的音频信号分析仪摘要：本音频信号分析仪以FPGA为核心，通过前级信号调理电路和12位A/D 转换芯片，对音频信号进行正确采样，把连续信号离散化。

然后通过基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的NIOS II处理器，代替传统的DSP芯片和高性能MCU，实现了基于FFT的音频信号分析仪，并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。

最后采用高分辨率的彩色液晶对信号的功率谱等信息进行显示并通过触摸屏控制整个系统的运行。

该系统能够精确测量的音频信号频率范为100Hz-10KHz，其幅度范围为100mVpp-5Vpp，分辨力分为100Hz和20Hz两档，测量功率精确度高达5%,是理想的音频信号分析仪的解决方案。

关键词：FFT；FPGA；NIOS II ；频谱；信号功率；The Audio Signal Analyzer Based on FPGA Abstract: The audio signal analyzer is based on FPGA, through the signal processing circuit and12bit A / D converter chip for audio signal sampling, the continuous signal discrete. Instead of using DSP or MCU, we use high performance NIOS II Embedded Processor for FFT fast Fourier transform computing and in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing. At last through the high-resolution Touch screen LCD display the signal power spectrum and control the operation of the entire system. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 100Hz - 10 KHz, the range of 100mVpp-5Vpp, resolution of 100 Hz and 20 Hz correspondent. Power measurement accuracy up to 5%, is the ideal audio signal analyzer solution.Keyword: FFT；FPGA；NIOS II ；Spectrum；Signal Power；目录1 前言 (1)1.1音频分析原理 (1)1.2音频分析方法 (1)1.3音频参数测量及分析 (1)2 系统方案设计 (3)2.1系统设计要求 (3)2.2系统方案论证 (3)2.2.1 系统整体方案选择 (3)2.2.2 系统核心处理器的选择 (3)3 系统硬件设计 (5)3.1 FPGA与NIOS II介绍 (5)3.2 FPGA核心板电路设计 (5)3.2.1 FPGA电源电路 (6)3.2.2FPGA时钟电路 (7)3.2.3FPGA配置电路 (9)3.3前级信号调理电路 (10)3.4AD采样电路设计 (13)3.5系统电源电路设计 (14)3.6彩色液晶电路设计 (14)3.7触摸屏电路设计 (15)4系统软件设计 (17)4.1NIOSII集成开发环境介绍 (17)4.2系统主程序设计 (17)4.3AD转换驱动程序 (18)4.4触摸屏识别程序 (19)4.5 FFT算法的C语言实现 (20)4.5.1 FFT的MA TLAB仿真与分析 (20)4.5.2倒位序算法分析 (23)4.5.3实数蝶形运算算法 (23)4.5.4 DITFFT算法的基本思想分析 (24)5 系统调试与测试结果 (26)5.1系统调试 (26)5.2测试方案与测试结果 (26)5.2.1测试电路 (26)5.2.2两路信号总功率测量 (27)5.2.3单个频率分量测量 (27)5.3误差分析 (28)6结束语 (29)参考文献 (30)附录 (31)附录一 (31)附录二 (35)附录三 (36)附录四 (42)附录五 (43)附录六 (44)谢辞 (46)1前言1.1音频分析原理音频是多媒体中的一种重要媒体。