基于ARM的便携式音频频谱分析仪设计报告
项目组：逆火
项目组成员：
薛扣英（研）西安交通大学计算机系统结构
丁少华（研）西安交通大学工企自动化
陈墨（研）西安交通大学系统工程
赵刚（研）西安交通大学计算机软件与理论
周佳（本）西安交通大学软件工程
1.系统简介：
该系统能够在噪音场合使用手持设备进行声音的采集，以及进行简单的频谱分析，更能够为现场工程师提供简单的故障诊断信息，具有很强的工程使用价值。并且可以连接示波器，在没有计算机的情况下重放信号波形，增强了系统的可用性和扩展性。
2.系统功能：
1.示波两用( 产生时域波形)
2.存储音频信号（总计30分钟采集,可分多个文件存储）
3.频谱分析（包括Bode图）
4.频带分离
5.频谱还原
3.实现原理：见图1
图1系统原理框图
FFT算法
我们知道N点FFT运算可以分为logn2级，每一级有N/2个碟形。FFT变换的算法是用3层循环完成全部运算。FFT算法思想如下：
开始后进行码位倒置，得到FFT运算所需要的输入序列。然后采用3层循环完成N点FFT。第一层循环是“级”，N=2M点FFT运算共有M级，这里，我们用m作循环变量；第二层循环是“组”，由于第L级有2L-1个蝶形因子（乘数）,第二层循环根据乘数进行控制,保证对于每一个蝶形因子第三层循环要执行一次,这样,第三层循环在第二层循环控制下,每一级要进行2L-1次循环计算。第三层循环是每组里的蝶形单元由于第L级共有N/2L个群,并且同一级内不同群的乘数分布相同,当第二层循环确定某一乘数后,第三层循环要将本级中每个群中具有这一乘数的蝶形计算一次,即第三层循环每执行完一次要进行N/2L个碟形计算。
可以得出结论：在每一级中,第三层循环完成N/2L个碟形计算;第二层循环使第三层循环进行2L-1次,因此,第二层循环完成时,共进行2L-1 *N/2L=N/2个碟形计算。实质是：第二、第三层循环完成了第L级的计算。
波形显示
因为要把处理前的数据和经过FFT处理后的数据同时显示在LCD上，所以，LCD上可以显示显示时域图以及频谱图。为了把波形显示在特定的区域，需要对数据进行处理，见图2。
图2多线程程序流程图
数据存储
在本系统中采用双缓冲机制，有辆个缓冲区分别为Buf和Buffer，Buf用来存放采集的
数据，Buffer为临界资源。程序把数据从Buf放入临界资源Buffer中，设置一个共享锁，实现该模块、数据的处理和显示模块的互斥访问。
4.硬件设计：
PCB图
MIC电路，包括驻极体话筒的硬件接口和相应放大电路。驻极体话筒将拾取到的声音信号转换成电信号并放大，同时通过压－流转换为电流信号送入系统AD模块
AD变换部分，将从MIC传来的电流信号转换为电压信号并采样数字化，然后通过数据总线送入ST710。
DA模块，可将系统中存储的数字信号还原为波形并在示波器上输出。通过总线与ST710连接。
键盘电路，接收外界输入并使系统作出相应动作。
ST710主系统PCB。
5.软件设计：
5.1.系统层
操作系统
系统层以免费、成熟的uC/OS-Ⅱ操作系统内核为基础进行移植扩展。所谓移植，是指使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上运行。根据μC/OS-Ⅱ的体系结构，包括对与处理器相关的OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C三个文件中的代码进行移植，以及对与应用设置相关的OS_CFG.H、INCLUDES.H两个文件中的代码进行移植。移植的关键是定义宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIR_CRITICAL()控制系统打开关闭中断；定义函数OS_TASK_SW，执行任务切换；用纯汇编定义函数OSCtxSw，实现用户级上下文切换；用纯汇编定义函数OSIntCtxSw，实现中断级任务切换；定义函数OSTaskStkInit来初始化任务堆栈；定义函数OSTimeTick实现时钟中断服务。
在uC/OS-Ⅱ提供的任务调度内核的基础上通过设计驱动程序模块、操作系统的API函数、系统任务、任务调度模块等模块对操作系统内核进行扩展。通过设计实现LCD和USB 设备的接口函数，建立驱动程序模块，使操作系统API函数和底层硬件分离开；操作系统的API函数部分主要是设计图形用户接口(GUI)函数，建立系统API函数库；系统任务部分设计液晶显示屏刷新任务、按键扫描任务两个基本任务，并随操作系统的启动而运行。
驱动
在嵌入式系统中，设备驱动程序隐藏了各种设备的具体细节，维护着设备的正常工作，在用户与设备之间起到了桥梁作用。开发设备驱动程序是开发嵌入式系统的重要工作之一。在该系统中，涉及两个驱动程序：CS5341驱动和LCD驱动。
5.2.应用层
在系统层提供的API函数和任务调度模块的基础上，设计主任务、信号采集任务、频谱分析任务、示波器任务来分别完成开机主界面操作、4通道信号采集及图形显示、采集信号的频谱分析、信号发生器功能。系统硬件、操作系统、LCD的初始化部分由应用层程序入口函数调用执行，函数入口流程如图3，其中主任务流程如图4。
系统分三个主要功能模块：频谱分析模块，示波器功能模块，历史数据回放模块。
图3函数入口流程
图4主任务流程
频谱分析
开始工作以后，以100K的频率进行采样，采样数据进入CPU，同时写入SRAM，每当SRAM写满后将全部数据写入SD卡，每40ms进行一次256点FFT运算，将结果显示在LCD屏幕上。
图5频谱分析软件流程图
示波器功能
开始工作以后，以100K的频率进行采样，采样数据进入CPU，同时写入SRAM，每当SRAM写满后将全部数据写入SD卡，每40ms刷新一次LCD，以LCD最大显示列数输出波形，触发电平可调。
历史数据回放
将SD卡中的相应数据读入，并在LCD中回放，并可以选择连续/单帧回放，而且有快进和快退功能。
6.人机接口设计：
USB 2.0 FULL SPEED 接口，供SD卡使用。
JTAG接口，调试程序使用。
按键I/O
麦克风接口
7.考虑的问题：
1.ARM7的处理能力
2.便携式，尺寸，按键的设计
3.电池问题
https://www.doczj.com/doc/c69112875.html,B接口
5.系统扩展性
摘要 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 定时器是对外设时钟（PCLK）进行计数，根据4个匹配寄存器的设定，可以设置为匹配时产生中断或执行其他动作。它还包括4个捕获输入，用于在输入信号发生跳变时捕获定时器的当前值，并可选择产生中断。 关键字：单片机 LPC2106 GPIO 定时器timer 实时时钟外部中断Int 目录 第一章原理与总体方案 (4) 1.1单片机简介 (4) 1.2 LPC2106简介 (5) 1.3单片机的选择 (7) 1.4 LPC2106芯片的选择及设计原理 (8) 第二章硬件设计 (9) 2.1 LED显示电路 (9) 2.2电路图整体设计 (9) 第三章调试 (12) 3.1调试及处理 (12) 第四章测试与分析 (14)
4.1Proteus软件介绍 (14) 4.2仿真结果 (15) 第五章结束语 (16) 5.1结束语 (16) 第1章原理与总体方案 本章阐述了本课题研究的背景，表述了单片机的发展、功能以及LPC2114的简单介绍。阐述了单片机的选择原理以及LPC2106的设计原理。 1.1数字单片机简介 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。 单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。目前，把单片机嵌入式系统和Internet连接已是一种趋势。但是，Internet一向是一种采用肥服务器，瘦用户机的技术。这种技术在互联上存储及访问大量数据是合适的，但对于控制嵌入式器件就成了"杀鸡用牛刀"了。要实现嵌入式设备和Int ernet连接，就需要把传统的Internet理论和嵌入式设备的实践都颠倒过来。为了使复杂的或简单的嵌入式设备，例如单片机控制的机床、单片机控制的门锁，能切实可行地和Internet连接，就要求专门为嵌入式微控制器设备设计网络服务器，使嵌入式设备可以和Internet相连，并通过标准网络浏览器进行过程控制。
音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输
出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低
2007年A题音频信号分析仪 本系统基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)处理器软核，代替传统DSP芯片或高性能单片机，实现了基于FFT的音频信号分析。 音频信号分析仪 山东大学王鹏陈长林秦亦安 摘要：本系统基于Altera Cyclone II 系列FPGA嵌入高性能的嵌入式IP核(Nios)处理器软核，代替传统DSP芯片或高性能单片机，实现了基于FFT的音频信号分析。并在频域对信号的总功率，各频率分量功率，信号周期性以及失真度进行了计算。并在FPGA中嵌入了8阶IIR切比雪夫（Chebyshev）II型数字低通滤波器，代替传统有源模拟滤波器实现了性能优异的音频滤波。配合12位A/D转换芯片AD1674，和前端自动增益放大电路，使在50mV到5V的测量范围下，单一频率功率及总功率测量误差均控制在1%以内。 关键词：FPGA；IP核；FFT；IIR；可控增益放大 Abstract: This system is based on IP core(Nios)soft-core processors embedded in the FPGA of Altera Cyclone II family. Instead of using DSP or microcontroller, we use Nios II to perform a low-cost FFT-based analysis of the audio signal.And we caculated the power of the whole signal,the power of each frequence point that componented the signal.By the way,we anlysised its periodicity and distortion.We also embedded an 8-order Chebyshev II IIR digital low-pass filter to replace the traditional analog Active Filter to perform an excellent audio filter. With 12bit A / D converter chip AD1674, and the front-end automatic gain amplifier, this system’s single-frequency power and total power measurement error is below 1% in 50mV to 5V measurement range. Keyword: FPGA；IP core; FFT;IIR; automatic gain amplifier 一、方案选择与论证 1、整体方案选择 音频分析仪可分为模拟式与数字式两大类。 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。 所以我们选用方案二作为本音频分析仪的实现方式。
目录 1 设计任务 (1) 1.1 技术要求 (1) 1.2 设计方案 (1) 2 基本原理 (1) 3 建立模型 (2) 3.1 系统前面板设计 (3) 3.2 系统程序框图设计 (3) 3.3 系统程序运行结果 (4) 4 结论与心得体会 (9) 4.1 实验结论 (9) 4.2 心得体会 (10) 5 参考文献 (10)
基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间
目录 一、设计目的 (3) 二、设计原理 1、GPIO—流水灯 (3) 2、SPI (7) 3、定时器 (10) 4、实时时钟 (12) 三、所用仪器 (18) 四、EasyARM2131开发套件功能介绍 (18) 五、设计内容：万年历-定时器-流水灯-SPI 1、功能描述 (21) 2、流程图 (22) 3、程序设计 (22) 六、心得体会 (28) 七、参考文献 (29)
一、设计目的 1、根据要求，复习巩固ARM的基础知识。 2、掌握ARM系统的设计方法，特别是熟悉模块化的设计思想。 3、熟练掌握ARM软件和2131开发板的使用。 4、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力； 二、设计原理 1、GPIO—流水灯 （1）LPC2131具有多达47个通用I/O 口（GPIO，General Purpose I/O ports），分别为P0[31:0]、 P1[31:16]，其中，P0.24未用，P0.31仅为输出口。由于口线与其它功能复用，因而需要进行相关的管脚连接模块(PINSEL0、PINSEL1、PINSEL2)选择连接GPIO，然后通过IODIR进行输入/输出属性设置后才能操作。 当管脚选择GPIO 功能时，有IOSET、IOCLR和IOPIN 3 个寄存器用于控制GPIO 的使用。IOSET 用于口线置位，而IOCLR 则用于口线清零，IOPIN 则反映当前IO口的状态，读回IOSET 则反映当前IO口设定状态。 （2）GPIO的特性和应用 特性： 单个位的方向控制； 单独控制输出的置位和清零； 所有I/O口在复位后默认为输入。 应用： 通用I/O口 驱动LED或其它指示器 控制片外器件 检测数字输入 （3）GPIO引脚描述 GPIO管脚描述见表4.1。 表4.1 GPIO 管脚描述
哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：离散时间滤波器设计 班级：电子信息工程4班 学号： 姓名： 实验时间：2016年10月31日18：30 成绩：________________________________ 指导教师：栾晓明 实验室名称：数字信号处理实验室哈尔滨工程大学实验室与资产管理处制
实验七音频频谱分析仪设计与实现 一、 实验原理 MATLAB 是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数命令。本实验要求基于声卡和MTLAB 实现音频信号频谱分析仪的设计原理与实现，功能包括： (1)音频信号输入，从声卡输入、从WAV 文件输入、从标准信号发生器输入； (2)信号波形分析，包括幅值、频率、周期、相位的估计、以及统计量峰值、均值、均方值和方差的计算。 (3)信号频谱分析，频率、周期的统计，同行显示幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱和功率谱的曲线。 1、频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T ，由于能够求得多个T 值(ti 有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 2、幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax 与最小值ymin 的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A 值，但第1个A 值对应的ymax 和ymin 不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A 值的平均作为幅值的估计值。 3、相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x 的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图1所示。 4、数字信号统计量估计 (1) 峰值P 的估计 在样本数据x 中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。 P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 i N i y N y E ∑== 1 )( 式中，N 为样本容量，下同。 (3) 均方值估计 () 20 2 1 ∑== N i i y N y E (4) 方差估计 ∑=-=N i i Y E y N y D 0 2))((1)(
【关键字】目录 目录 基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计 1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。
2基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间内有限数据。这样就导致频谱泄漏的存在。所以利用用加窗的方法来减少频谱泄漏。由于取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行FFT 变换之前，要先进行滤波处理。本设计采用了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆（Ellipse）、贝塞尔（Bessel）等滤波器。 以下说明时域分析与频域分析的功能 1）信号的时域分析主要是测量尝试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值的方式来表示信号的某些时域特征，是对尝试信号最简单直观的时域描述。将尝试信号采集到计算机后，在尝试VI中进行信号特征值处理，并在尝试VI前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给尝试VI的使用者提供一个了解尝试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 2）信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。测量时采集到的是时域波形，但是由于时域分析工具较少，往往把问题转换到频域来处理。频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。通过信号的频域分析，可以确定信号中含有的频率组成成分和频率分布范围；还可以确定信号中的各频率成分的幅值和能量；同时还能分析各信号之间的相互关系。 3建立模型 本设计中用LabVIEW中的信号发生控件来代替信号采集部分产生信号。整个系统的设计均由软件来仿真实现。 本设计的虚拟频谱分析仪由两个软件模块组成：信号发生器模块和频谱分析模块。处理过程如下：首先将信号发生模块产生的尝试信号送数字滤波器处理，滤除干扰噪声，然后分别进行时域分析、频域
Aｄobe Auditｉon系列教程（二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用ＡdｏbｅAudition的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真!? 1. 频谱显示模式? Ａdoｂe Audition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Auｄｉtioｎ:数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段２0秒的对数扫频信号(本文大多选用直接建立的波形,以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“Vｉeｗ=>Sｐectral Vieｗ”(视图=＞频谱)，如图1，或点击快捷工具栏的“Togｇle bｅtwｅen Ｓｐectral and Wavｅｆorm vｉews”(切换频谱视图／波形视图）按扭,即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图３。 图1
图2 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约1１KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。 图4
东北石油大学课程设计 2014年7月18 日
东北石油大学课程设计任务书 课程通信电子线路课程设计 题目简易频谱分析仪 专业姓名学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 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。 主要参考资料： [1]谢家奎．电子线路(非线性部分)［M］．北京:高等教育出版社． [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册［M］．北京:机械工业出版社． 完成期限2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年7 月14 日
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
课程设计报告 （嵌入式接口技术） 学院：电气工程与自动化学院 题目：基于ARM的多路数据采集系统设计 专业班级：自动化113班 学号：35号 学生姓名：翁志荣 指导老师：温如春 2013 年12月19日
摘要 数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号.该系统目的是便于对某些物理量进行监视.数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度.设计时,应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求.在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一. 本次设计是基于ARM的多路数据采集系统，主控器能够对模拟信号产生的各路数据，通过数据采集系统进行采集并在主控器的程控下显示。 关键字：数据采集；模数转换；ARM；实时采样。 Abstract Data acquisition system for digital signal to analog signal conversion can be identified by computer. The system is aimed at facilitating monitoring of some physical quantity. Data acquisition system is good or bad depends on the precision and speed. When the design, should be in the case of ensuring accuracy as much as possible to meet the high speed real-time sampling, real-time processing, the requirement of real time control. The application of this system in scientific research can obtain a large number of dynamic; is an important means to study the instantaneous physical process; and it is also one of the important means of access to the mysteries of Science. Keyword s: data acquisition; ARM; real-time sampling analog-to-digital conversion.
AdoｂｅＡｕditｉon系列教程(二)：频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器,在电子技术一日千里的今天,是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化,虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了,业余爱好者更难用上。不过不必灰心,我们可以充分利用AdobｅＡｕdiｔiｏn的频谱分析功能,让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真! 1. 频谱显示模式 AｄobｅAudition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形,或用《妙用Adobe Ａuｄitｉｏn：数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段2０秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征）,然后选择“Viｅｗ=＞Spe ｃtrａl Ｖiew”（视图=＞频谱）,如图1，或点击快捷工具栏的“Ｔｏｇgle ｂetween Sｐeｃｔraｌ and Ｗaveform views”(切换频谱视图/波形视图)按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图3。 图1
图２ 图3 可以看到，横轴为时间,纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了,可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约11KＨz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的,颜色从深蓝到红再到黄,指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。
信号处理实验 实验八：音频频谱分析仪设计与实现
一、实验名称：音频频谱分析仪设计与实现 二、实验原理： MATLAB是一个数据信息和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。本实验可以用MATLAB进行音频信号频谱分析仪的设计与实现。 1、信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图所示。
其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。 2、数字信号统计量估计 (1) 峰值P的估计 在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计 式中，N为样本容量，下同。 (3) 均方值估计
一.幅频相频特性的概念 由于放大电路中电抗元件的存在，放大电路对不同频率分量的信号放大能力是不相同的，而且不同频率分量的信号通过放大电路后还会产生不同的相移。因此，将表示电压放大倍数A u 的大小和频率f 之间的关系称为幅频特性，输出信号U out 与输入信号U in 的相位差与频率f 之间的关系称为相频特性。 二.电路相频幅频特性分析 （1）音频放大电路图 将信号发生器代替音频为音频放大电路提供不同频率的信号源，由此得出频率特性曲线。音频放大电路图如图1所示： 图1：音频放大电路图 根据电路图可以计算得出一级放大倍数为： 10131u ≈- =R R A 二级放大倍数为: 1518 462≈++=R R R A u 那么音频电路的总为两级各自放大倍数的乘积，也就是150倍。
（2）理论分析 通过Altium Designer Summer 09软件对音频电路进行仿真，得到该音频电路的幅频相频特性曲线，并进行理论分析。 图2：一级放大电路幅频特性曲线 图3：一级放大电路相频特性曲线 由图2和图3可以得出该放大电路为带通电路，在Au 下降到%70.7处时，可以得出其下限截止频率f L 和上限截止频率f H ，f L 大约为3.2HZ ，f H 大约为95KHZ 。由于f H 远远大于fL ，因此一级放大电路的通频带为： f bw=f H - f L≈f H=95K 查阅资料已知LM358双运算放大器的单位增益带宽为1MHZ ，由增益带宽积的公式可以得出理论上的带宽，公式如下： K 10010 M 1A M 11==?=bw bw u f f 由此可以看出仿真结果接近理论值，一级放大电路为反相运算电路，在无衰减
简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。 关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较： 方案一：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：
图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 （），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2： 图 1.2 数字式频谱仪组成框图
嵌入式课程设计报告 学院信息电子技术 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导教师 2017年07月01日
基于ARM9的人脸识别系统 一、引言 人脸识别背景和意义 人脸识别系统的研究始于20世纪60年代，80年代后随着计算机技术和光学成像技术的发展得到提高，而真正进入初级的应用阶段则在90年后期，并且以美国、德国和日本的技术实现为主；人脸识别系统成功的关键在于是否拥有尖端的核心算法，并使识别结果具有实用化的识别率和识别速度；“人脸识别系统”集成了人工智能、机器识别、机器学习、模型理论、专家系统、视频图像处理等多种专业技术，同时需结合中间值处理的理论与实现，是生物特征识别的最新应用，其核心技术的实现，展现了弱人工智能向强人工智能的转化语音识别、体形识别等，而指纹识别、虹膜识别等都不具有自然性，因为人类或者其他生物并不通过此类生物特征区别个体。 人脸识别具有这方面的特点，它完全利用可见光获取人脸图像信息，而不同于指纹识别或者虹膜识别，需要利用电子压力传感器采集指纹，或者利用红外线采集虹膜图像，这些特殊的采集方式很容易被人察觉，从而更有可能被伪装欺骗。 二、系统设计 1、硬件电路设计 （1）ARM9处理器 本系统所采用的硬件平台是天嵌公司的TQ2440开发板，该开发板的微处理器采用基于ARM920T内核的S3C2440芯片。 ARM9对比ARM7的优势：虽然ARM7和ARM9内核架构相同，但ARM7处理器采用3级流水线的冯·诺伊曼结构，而ARM9采用5级流水线的哈佛结构。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在常用的芯片生产工艺下，ARM7一般运行在100MHz左右，而ARM9则至少在200MHz 以上。指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30%左右。ARM7一般没有MMU(内存管理单元），（ARM720T有MMU）。 （2）液晶显示屏 为显示摄像头当前采集图像的预览，系统采用三星的320x240像素的液晶屏，大小为206.68cm。该液晶显示屏的每个像素深度为2bit，采用RGB565色彩空间。 （3）摄像头 摄像头采用市场上常见的网眼2000摄像头,内部是含CMOS传感器的OV511+芯片。CMOS传感器采用感光元件作为影像捕获的基本手段,核心是1个感光二极
音频功率放大电路的设计 王##(安庆师范大学物理与电气工程学院安徽安庆246011) 指导老师：祝祖送 摘要：本文的内容是音频功率放大电路的设计，其有操控简单、音质好等特点。本设计电路使用的是TDA2030为音频功率放大器，其工作电压为+15V。它将输入电路的电流放大，之后再将扬声器驱动工作。采用LF353对输入的音频信号前级放大，采用DAC0832对前级放大进行控制，采用STC89C52单片机控制电路的放大倍数，最后由液晶显示器显示出放大倍数。 关键词：功率放大器，前级放大，保护电路 1引言 对音频功率放大电路进行研究，其意义是目前在该领域有很好的发展前景，在我们的实际生活中的应用也是十分广泛的。小至我们经常使用的音乐MP4，大到城市报警系统。该设计的研究分别为硬件及软件两部分。扬声器输入电路、功率放大电路、前级放大电路、以及单片机电路构成本设计的硬件电路；液晶显示、键盘扫描、单片机控制等构成本设计的软件部分。 音频功率放大电路设计过程中困难的是选择各部分硬件电路，由于功率放大器的技术要求比较详细，电路各部分的数据选择及硬件的选择会更加复杂，为达到相应的技术指标，需要多次对电路进行调试。熟练使用C语言，加强分层设计编程能力和程序编写程序的可读性，不断修改程序，以达到设计目的。 2 总体方案 2.1设计思路概述 2.1.1设计要求及目的 (1)学习电路的设计及C语言编程。 (2)了解功率放大电路的工作原理，绘制相应的功率放大电路。 (3)完成硬件电路的制作，完成软件程序的编辑。 (4)完成论文。 2.1.2技术指标 (1)由麦克风输入音频信号，音频功率的范围是10Hz-10KHz。 (2)失真度为0.4%-1%。 (3)输入电压范围为150mV-5V。 (4)输出负载能力为7Ω/3Ω。 2.2总体设计方案 方案一：音频功率放大器使用模电设计，硬件原理图见图1。主要设计电源和功放两部分，稳压电源由稳压电路、整流电路、滤波电路等部分组成；功放电路由TDA2030、耦合电容等部分组成。电源电压可以根据电路需要来改变电压值，而不同的电压值对应的放大器的承载能力是不同的。由扬声器提供信号源，通过功放管进行功率放大，从而达到目的，最后结果由示波器显示出来。 优点：电路中设计了电源部分，所以在连接电源的的时候方便快捷。 缺点：由于元器件较多，在选择时就比较困难，在焊接时难度较大。
基于MATLAB的信号频谱分析仪的实现 一、概述 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。 在工程领域中，MA TLAB是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MA TLAB显得游刃有余。本文将重点介绍虚拟频谱分析仪、MA TLAB软件及对正弦信号的频谱分析。 1.1虚拟频谱分析仪的功能包括： (1) 音频信号信号输入。输入的途径包括从声卡输入、从WAV文件输入、从信号发生器输入； (2) 信号波形分析。包括幅值、频率、周期、相位的估计，并计算统计量的峰值、均值、均方值和方差等信息； (3) 信号频谱分析。频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱和功率谱等信息的曲线。 2.1MA TLAB软件
二、实验原理 2.1快速傅立叶变换（FFT） 在各种信号序列中，有限长序列占重要地位。对有限长序列可以利用离散傅立叶变换(DFT)进行分析。DFT不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法(FFT)在计算机上进行分析。 有限长序列的DFT是其z变换在单位圆上的等距离采样，或者说是序列傅立叶的等距离采样，因此可以用于序列的谱分析。FFT是DFT 的一种快速算法，它是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小数据点的组合，从而减少运算量。 MATLAB为计算数据的离散快速傅立叶变换，提供了一系列丰富的数学函数，主要有Fft、Ifft、Fft2 、Ifft2, Fftn、ifftn和Fftshift、Ifftshift等。当所处理的数据的长度为2的幂次时，采用基-2算法进行计算，计算速度会显著增加。所以，要尽可能使所要处理的数据长度为2的幂次或者用添零的方式来添补数据使之成为2的幂次。 Fft函数调用方式：○1Y=fft(X)； ○2Y＝fft(X,N)； ○3Y＝fft(X,[],dim)或Y＝fft(X,N,dim)。 函数Ifft的参数应用与函数Fft完全相同。 2.2周期图法功率谱分析原理 周期图法是把随机数列x（n）的N个观测数据视为能量有限的序列，直接计算x（n）的傅立叶变换，得X(k)，然后再取幅值的平
本科生毕业论设计 论文题目：数字频谱分析仪 姓名： 学号： 班级： 年级： 专业： 学院：机械与电子工程学院 指导教师： 完成时间：
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
湖北民族学院 信息工程学院 课程设计报告书 题目 :基于A RM的数字式万年历 课程：嵌入式系统课程设计 专业：电子信息科学与技术 班级： 03114411 学号： 031441119 学生姓名：田紫龙 指导教师：易金桥 2017年6 月20 日
信息工程学院课程设计任务书 学号031441119学生姓名田紫龙专业（班级）0314411 设计题目基于 ARM 的数字式万年历 1.能测量温度并且实时显示； 2.具有时间显示功能，能够显示年月日，时分秒，并且可以手动调节时间。 设 3. 具有 12 小时制和 24 小时制切换功能。 计 技 术 参 数 对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。温度采集 选用 DS18B20芯片，万年历采用直观的数字显示，数据显示采用1602 液晶显 示模块，可以在LCD1602 上同时显示年、月、日、周日、时、分、秒，还具有 设 时间校准整点灯光提醒等功能。制作仿真和实物。 计 要 求 [1]苏平 . 单片机的原理与接口技术 [M]. 北京 : 电子工业出版社， 2006,1-113. [2]王忠民 . 微型计算机原理 [M]. 西安 : 西安科技大学出版社， 2003,15-55. [3]左金生 . 电子与模拟电子技术 [M]. 北京 : 电子工业出版社， 2004,105-131. [4]新编单片机原理与应用（第二版）. 西安电子科技大学出版社， 2007.2 [5]张萌 . 单片机应用系统开发综合实例 [M]. 北京：清华大学出版社， 2007.7 [6] 朱思荣． 51 单片机实现公历与农历、星期的转换[Z].当当电子网 [7]李广弟 . 单片机原理及应用 [M] 北京航空航天大学出版社 ,2004 年 参[8] 王越明 . 电子万年历的设计 [J]. 黑龙江科技信息， 2004 年 考 资 料 2017年 6 月 20 日