音频分析仪

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A2 A3 A .......... n 2 2 2 r A1 2
2 2 2
C2 2 C32 .......... Cn 2 r C1
器件选择
根据上面方案论证和参数分析后得到的技 术指标选择器件。 可以到:www.21ic.com www.b2bic.com 或百度,GOOGLE上搜索器件。
具体实现
1、放大电路
2、ADC及抗混叠滤波电路
需考虑的问题
1、ADC与处理芯片间的通信接口 2、电平兼容 3、速度匹配 4、数据格式
处理芯片电路
1、峰值检测
2、处理芯片核心电路
数据处理电路重点问题
1、电平匹配 2、处理速度 3、控制流程 4、数据存储 5、外围接口
方案讨论
方案一:以模拟滤波器为基础的模拟式频谱 分析仪。有并行滤波法、扫描滤波法、小外 差法等。因为受到模拟滤波器滤波性能的限 制,此种方法对我们来说实现起来非常困难。 方案二:以FFT为基础的的数字式频谱分析 仪。通过信号的频谱图可以很方便的得到输 入信号的各种信息,如功率谱、频率分量以 及周期性等。外围电路少,实现方便,精度 高。
音频分析仪工作原理
1、功能:分析在声音频段 (20Hz~20KHz)的频率成分。 即该频段中各频点的幅值。得到的 是某信号的频率组成成分。 2、核心方法:将音频信号从时域 转换到频域。
频谱图概念
在通信中处理的信号有话音、数据(电码)、图像等。这些信号 最后都转换为随着时间而随机变化的电压或电流。 —个规则的 非正弦信号,不论它是周期性的还是非周期性的,都可以分解 为一系列频率不同的正弦(或余弦)分量。图1所示的非正弦电 流波形中,可以分解为两个频率不同的正弦波,其中频率为 l000Hz的正弦波,振幅是4毫伏,初相角是+90。;另一个频 率为3000Hz的正弦波,振幅是1毫伏,初相角是-90。。 信号 中分解出的所有正弦波,可以按其频率高低依次排列,将各正 弦波的振幅,按其频率高低顺序加以排列,就可以得到信号的 振幅频谱,简称幅谱。将各正弦波的初相角,按其频率顺序加 以排列,就可以得到信号的相位频谱,简称相谱。频谱是幅谱 和相谱的总称。由于在大多数情况下知道信号的幅谱就够了, 所以习惯上提到频谱一般都是指幅谱,否则就需要作相应的说 明。信号的频谱可以用图2表示,这种图称为频谱图。图中纵轴 的线段称为谱线,它的长度代表正弦波的振幅A或相角ψa,它 的横轴上所处的位置代表该正弦波的频率f。
2、小信号放大 使用集成运放搭建放大电路。 (1)有效带宽 (2)放大倍数选择 a、固定倍数 b、可变倍数
功率计算
各次谐波功率谱为:
Pn Fn
2
帕斯瓦尔定律: 周期信号平均功率=直流、基波及 各次谐波分量有效值的平方和 也就是说,时域和频域的能量是 守恒。
失真度测量
失真度可以被定义为被测信号中各次谐波的能量 之和与被测信号中基波的能量之比的平方根。
PCB图
PCB板
调试
1、制定调试方案 2、分功能调试 3、软硬件调试 4、系统联合调试 5、调试仪器设备
作品
如何得到数字信号
模数转换器: 1、转换幅度: 输入模拟信号的最高电平。 2、转换精度: ADC的输出数据宽度。 3、转换频率: 采样频率,遵循奈奎斯特采样定理。考虑到频率分辨率,依照公式: Fn=(n-1)*Fs/N,确定N和Fn即可得到Fs。
分辨力 100Hz 50Hz 20Hz 10Hz
FFT点数 256点 512点 1024点 2048点
信号经过FFT变换后可以 表示成
A0 f (t ) A1 cos(t 1 ) A2 cos(2t 2 ) 2
A0 An cos(nt n ) 2 n 1
A0 Cn e njw0t 2 n
FFT实现方法
Leabharlann Baidu
1、使用单片机 2、使用DSP 3、使用FPGA
指标分析
1、输入阻抗:输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输 入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗 Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电 阻的阻值,就是输入阻抗。 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流 阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对 电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有 影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源 的负载就越轻。因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来 驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则 阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要 考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时,也要考 虑 阻抗匹配问题
1、具体电路设计 2、程序设计 3、电路原理图和仿真 4、PCB图 5、PCB制作 6、器件焊接
调试
1、硬件调试 2、程序调试 3、功能模块单独调试 4、系统联调
2007题目
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。
全国电子设计大赛2007年A题 音频分析仪
设计流程
1、设计需求分析 2、方案论证 3、设计实现 4、系统调试
需求分析
1、市场调查 2、功能分析 3、指标参数确定
方案论证
1、功能分析 2、指标分析 3、功能细化 4、系统原理确定 5、具体功能模块划分 6、器件选定
设计实现
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。
2、频率分辨力 :频谱仪所能分辨的最小频率间隔。 FFT中第一个点表示直流分量(即0Hz),而最后一个点N则表 示采样频率Fs,这中间被N-1个点平均分成N等份,每个点的频 率依次增加。例如某点n所表示的频率为:Fn=(n-1)*Fs/N。 由上面的公式可以看出,Fn所能分辨到频率为为Fs/N,如果 采样频率Fs为1024Hz,采样点数为1024点,则可以分辨到 1Hz。 1024Hz的采样率采样1024点,刚好是1秒,也就是说,采样1 秒时间的信号并做FFT,则结果可以分析到1Hz,如果采样2秒 时间的信号并做FFT,则结果可以分析到0.5Hz。如果要提高频 率分辨力,则必须增加采样点数,也即采样时间。频率分辨率 和采样时间是倒数关系。
FFT测量频率* 12.8K 12.8K 10.24K 10.24K
二次采样速度 25.6K 25.6K 20.24K 20.24K
原始采样速度 76.8K 76.8K 60.72K 60.72K
采样前的信号处理
1、抗混叠滤波: 采样序列的频谱是被采样模拟信号频谱的周期延拓,当采样频率不满足 奈奎斯特采样定理时,就会发生频谱的混叠,使得采样后的序列信号频 谱不能真实的反映原信号的频谱。 。所以要将不必要的信号频率成分滤 除。使用集成运放搭建的有源滤波电路。也可使用专用芯片。
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