弟6题音频信号分析仪.doc

音频信号分析仪 摘要 本设计采用单片机STM32为控制核心，通过内置AD（DMA模式），对音频信号进行采样，把连续信号离散化，经过FFT快速傅氏变换运算，分别在频域然后z – 10 kHz，电压mVpp-5Vpp，分辨力z、100Hz两档。测量功率精确度可实现1%并准确测量周期信号的周期，是理想的音频信号分析仪的设计方案。 关键词 STM32 FFT 频谱 功率谱 Abstract This project is designed by using STM32 as the control of the core, by AD sampling (DMA) transmission to sample the audio signal, the discretization of continuous signal after FFT arithmetic of fast Fourier transformation, respectively in the time domain and frequency domain of each frequency component and the power index in the audio signal analysis and processing, and then through high resolution LCD to display the signal spectrum. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 20 Hz - 10 kHz, voltage amplitude range is 5 mVpp - 5 Vpp, resolution of 20 Hz and 100 Hz two gears. Power measurement accuracy can reach 1% and accurate measurement of periodic signal cycle, is the ideal design of audio signal analyzer. Keywords STM32 FFT Frequency Spectrum Power 一 方案比较与选择 1 采样方法比较与选择 方案一：采用24位外部AD采样芯片HX711，精度可达到nv级别，但kHz，根据为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍fs≥2fmax，HX711转换速率极慢，且本题在精度上没有特殊要求，故 方案二：直接由32位MCU内置AD采样，STM32f4有12位ADC0.41us转换/2.4Msps（交替模式7.2Msps），分辨率.8mv，性能可实现题目要求，故 方案一：51单片机简单，技术成熟成本低但无法故 方案二：MSP430单片机功耗低，但内置AD转换速率仅在20Ksps，无法达到要求，性能同样较差，故不采用此方案。 方案三：由于快速傅立叶变换FFT算法涉及大量的浮点运算，由于一个浮点数占用四个字节所以要占用大量的内存，STM32F4单片机为32位MCU，拥有K的RAM，内置多路12位AD，转换率.4Msps，故采用此方案。 3 周期性判别与测量的比较与选择 对于普通的音频信号频率分量一般较多它不具有周期性。测量周期可以在时域测量也可以在频域测量，但是由于频域测量周期性要求某些频率点具有有规律的零点或接近零点出现，所以对于较为复杂的频率分量较多且功率分布较均匀的低信号就无法正确的分析其周期性。而在时域分析信号，我们可以先对信号进行处理，然后假定具有周期性，然后测出频率把采样的信号进行周期均值法和定点分析法的分析后，即可以判别出其周期性。 我们选择信号在时域进行周期性分析和周期性测量。对于一般的音频信号，其时域变化是不规则的，所以没有周期性。而对于单频信号或者由多个具有最小公倍数的频率组合的多频信号具有周期性。这样我们可以在频域对信号的频谱进行定量分析，从而得出其周期性。而我们通过先假设信号是周期的然后算出频率值，然后在用此频率对信号进行采样，采取连续两个周期的信号对其值进行逐次比较和平均比较，若相差太远，则认为不是周期信号，若相差不远，约5 %则可以认为是周期信号。 4 显示屏的选择与比较 方案一：CRT显示。CRT显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点，而且价格更便宜,可以实现大屏幕显示音频信号，观察清晰准确，但不易携带故不采用此方案 方案二：ILI9328显示。ILI9328为可触摸LCD，可直接，使用较简单 1 总体设