1、1音频信号分析仪(标题 2 号黑体，居中，占 3 行，上空 2 行)作者：* * *作者，居中，4 号仿宋作者单位：广东科学技术职业学院 邮编：519090作者单位及邮编，小 4 号楷体摘要：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 5mVpp-5Vpp，分辨力分为 20Hz 和 100Hz 两档。测量
2、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（ 摘要、关键词，5 号楷体）Abstract: The audio signal analyzer is based on a 32-bit MCU controller, Keywords: FFT, MCU, Spectrum, Power1目 录(单独页码)一方案比较与论证 .11剖析赛题 .12. 各模块实现方案比较与选择 1二理论分析与计算 .2三系统硬件设计 .21系统的总体设计(设计思想、设计步骤，系统框图，系统的计算)。 .22模块电路设计 .23.
3、发挥部分的设计与实现 34. 电原理图(可列入附录)。 3四系统软件设计 .41 程序总体流程图 42 各个功能模块流程图 43 程序清单(可列入附录) 4五系统的组装 .41 PCB 板图(可列入附录) .42 整机结构图及工艺说明 43 面板图及可调部件说明 4六系统调试 .41 电路的测试方案(方法) 42 测试仪器 43 测试结果 44发挥部分的测试 .5七总结 .5参考文献： .1附录： .11元器件明细表： .12仪器设备清单 .13电路图图纸 .14程序清单 .21一方案比较与论证 1剖析赛题(若为竞赛题目，可评析题目的重点、难点、实用价值；若为参展作品，则应说明创新点)本赛题要
4、求实现一套简单的数字信号发生器和逻辑分析仪系统，依赛题的要求，该系统应具有信号发生模块，信号检测模块，信号判断处理模块，示波器信号发生模块，以及用户接口模块等。系统整体模块图如图 1 所示。2. 各模块实现方案比较与选择1）信号发生模块方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 三 ： 2）信号检测模块方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 三 ： 3）信号判断处理模块方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 三 ： 4）用户接口模块方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 三 ： 根 据 题 目 的 技 术 指 标 和 要 求 ， 提 出 可 以 采 用 的 几 种 模 块 实 现 方 案 。 然
5、后 分 别 论述 各 个 方 案 的 特 点 、 实 现 难 易 程 度 以 及 性 价 比 ， 对 各 种 方 案 进 行 分 析 、 比 较 其 优 缺 点 ，最 后 说 明 本 作 品 选 择 哪 个 方 案 ， 为 什 么 选 这 个 方 案 。 可 从 满 足 技 术 指 标 的 要 求 、 性价 比 以 及 当 前 的 实 际 条 件 (元 件 、 设 备 )等 几 个 方 面 说 明 最 终 采 用 方 案 的 理 由 。 有 的 系统 需 要 对 技 术 指 标 进 行 分 配 ， 并 进 行 相 应 的 说 明 。信号发生模块信号检测模块信号判断及处理模块示波器信号发生模块用
6、户接口模块图 1 系统整体模块图2二理论分析与计算（根据题目要求和对主要技术指标进行理论分析和计算）三系统硬件设计 根 据 选 取 的 总 方 框 图 ， 分 别 对 各 个 主 要 电 路 进 行 设 计 和 选 取 ， 其 内 容 应 该 包 括 ：1系统的总体设计(设计思想、设计步骤，系统框图，系统的计算,或仿真结果)。图 2 总体设计框架图（字体，宋体，字号，小五，居中）2模块电路设计模块电路的参数计算，功能以及工作原理的分析(模拟电路具体电路图) 。1）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
7、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。3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，增益为 20dB(100 倍放大)时仅为 0.004%，其内部原理图如下图所示。其中放大器 A1 的输出电压
8、计算公式为OUT1=1+（R1/RG）*VIN+同理， OUT2=1+（R2/RG）*VIN-R3、R4、R5、R6 及 A3 构成减法器，最后得到输出公式VOUT=（VIN2-VIN1）*1+（R1+R2）/RGR1=R2=5K,取 RG=526，从而放大倍数为 20。2）AD 转换及控制模块电路设计采用 12 位 AD 转换器 ADS7819 进行转换，将转换的数据送 32 位控制器进行处理。3. 发挥部分的设计与实现(如完成了发挥部分，应突出该部分，这是很好的采分点)。44. 电原理图(可列入附录)。 四系统软件设计软件设计包括单片机和 CPLD。 1 程序总体流程图2 各个功能模块流程
9、图3 程序清单(可列入附录) 五系统的组装1 PCB 板图(可列入附录)2 整机结构图及工艺说明3 面板图及可调部件说明六系统调试 根据题目要求对各项指标进行测试，注意抓住采分点。在测试每项指标时，应给出该项指标的定义或意义(如灵敏度、信噪比的严格定义)。然后逐项测试。1 电路的测试方案(方法)根据系统功能及指标拟定测试方案(方法)，通常以方框图的形式给出。2 测试仪器 选择适当的测试仪器，如：直流电压测试采用直流电压表(最好用多位数字表)；交流电压测试选择几十千赫以下用低频毫伏表，几百千赫以上用高频毫伏表；频率测试采用频率计；波形测试采用示波器。注明仪器名称、型号和测试精度。 3 测试结果根
10、据要求分项测试，各项都要注明测试条件，如输入信号、输出信号、电源电压；测试仪器以及其它一些需要注明条件；然后对数据进行列表(有些情况要进行多次的测量，这时也要注明)；最后说明达到的技术指标，并和设计要求的技术指标进行比较，说明最终测试指标的精度。 1） 总功率测量（室温条件下）输入信号频率 幅度 测量时域总功率(w)测量频域总功率(w)理论值 估算误差100Hz 1 Vpp 0.127 0.129 0.125 1.2% 正弦波 1KH 1 Vpp 0.126 0.129 0.125 1.3%0.783 0.761 X 5%音频信号20Hz-10KHz20mVpp-5Vpp1.803 1.777
11、 X 5%结果分析： 由于实验室提供的能够模仿音频信号的且能方便测量的信号只有正弦信号，所以我们用一款比较差点的信号发生器产生信号，然后进行测量，发现误差不达，在+-5%以内。我们以音频信号进行测量，由于其实际值无法测量，所以我们只能根据时域和频域以及估计其误差，都在 5%以内。2） 单个频率分量测量（室温条件下）输入信号 频率 幅度 最大功率 最大功率 次大功率频 次大功率频5频点 频点功率 点 点功率正弦波 500Hz 100mVpp 500Hz 1.20mw 520Hz 0.04mW正弦波 5KHz 1Vpp 5KHz 120mw 5.02KHz 3.56mw音频信号 20Hz-10K
12、X 880Hz 23mw 600Hz 4.3mw结果分析：我们首先以理论上单一频率的正弦波为输入信号，在理想状况下，其频谱只在正弦波频率上有值，而由于有干扰，所以在其他频点也有很小的功率。音频信号由于有多个频点，所以没有一定的规律性。由于音频信号波动较大，没有一定的规律，且实验室没有专门配置测量仪器，所以我们只好以正弦波和三角波作为信号进行定量分析测量，以及对音频信号进行定性的分析和测量。我们发现其数字和用电脑模拟的结果符合得很近。4发挥部分的测试 发挥部分的测试可作为单独一项，以突出重点，增加论文份量。七总结（系统电路优点，存在的不足和改进的方向(或称结论) ）1参考文献：（单独页码）1 黄
13、勤易、 利用 EDA 技术进行数字电路设计性实验的研究、 半导体技术 、 2006 (01)参 考 文 献 ， 小 5 宋 体 ， 格 式 ：顺 序 号 、 著 者 、 书 名 、 其 他 责 任 者 (主 要 指 译 者 )、 出 版 地 、 出 版 者 、 出 版 年 月附录：1元器件明细表：1) ATMEGA162) LPC21483) AD6204) ADS78195) 液晶 320*2402仪器设备清单1) 低频信号发生器 2) 数字万用表 3) 失真度测量仪4) 数字示波器5) 稳压电源3电路图图纸电源系统2前级放大和 AD 转换Atmega16 控制板4程序清单/*/FFT 转换函数，dataR:实部，datai:虚部，/*/void FFT(float *dataR,float *dataI,int n)int i,L,j,k,b,p,xx,qq;int x11=0;float TR,TI,temp;3float QQ;
