论文总字数：14229字

摘 要

英文摘要、关键词 II

引言 1

第一章 方案论证与比较 3

1.1 处理器的比较与选择 3

1.2 采样方法比较与选择 3

1.3 FFT计算方法选择 3

1.4 周期性判别与测量方法比较与选择 3

1.5 信号功率的计算方法比较与选择 4

1.6 低通滤波器的比较与选择 4

第二章 系统硬件设计 5

2.1总体设计 5

2.2 单元电路设计 5

2.2.1 四阶低通滤波器电路设计 5

2.2.2 前级阻抗匹配和放大电路设计 7

2.2.3 AD转换及控制模块电路设计 10

第三章 系统软件设计 14

3.1 Keil集成环境开发 14

3.2 系统主程序设计 14

3.3 液晶显示模块技术手册 15

3.4 FFT算法的C语言实现 16

3.4.1 FFT的分析 16

3.4.2 倒位序算法分析 17

3.4.3 实数蝶形运算算法 18

3.4.4 DITFFT算法的基本思想分析 19

第四章系统测试方案与预测结果 21

4.1测试方案 21

4.2 测试电路 21

4.2.1 两路信号总功率测量 21

4.2.2 单个频率分量测量 22

4.3 误差分析 22

结论 23

致谢 24

参考文献： 25

附录： 26

附A 元器件明细表 26

附B 仪器设备清单 26

附C 系统电路图 27

音频信号分析仪

摘要：本音频频率分析仪采用STC15系列1T 8051单片机为主控芯片，通过低通滤波电路和模拟转换，采样并分析被测信号，把这些连续信号先离散化，然后通过离散傅里叶变换，对各个时域和频域的信号采集处理，然后经过液晶显示信号的频谱。该系统可以精确测量20Hz~10KHz的信号频率范围。功率的测量精确度可以达到90%,能够精准的测量周期，是本课题的最理想方案。

关键词： 音频；傅里叶变换；MCU；频谱；功率

Audio Signal Analyzer Desigin

Abstract: This audio frequency analyzer using STC15 series 1T 8051 microcontroller as the main chip, low-pass filter circuit and analog conversion, sampling and analysis of the signal, the signal is first successive discrete, then the discrete Fourier transform, each time domain and frequency domain signal acquisition and processing, and then through the LCD spectrum signals. The system can accurately measure the frequency range of 20Hz ~ 10KHz. Power measurement accuracy can reach 90%, can accurate measurement period is the subject of the best solution.

Keywords: Audio; Fourier transform; MCU; spectrum; power

引 言

人类可以听见的音频频率范畴大约在20Hz-20kHz之间，语音频率大概在300Hz-4kHz。通常声音经过电子设备的采集、再生或模拟，转化成模拟音频，再由机器数字转化为数字音频。而音频频率分析则是以数字音频信号为分析对象，以信号处理技术为分析手段，在时域频域中提取信号的过程。

音频频率分析时傅里叶变换和音频信号的采集是最基本的技术。傅立叶变换是音频频率频谱分析的基础，信号的频谱分析是按照音频信号的频率结构，求其频率分量的幅值、相位按频率分布的一般规律，创立各种"频谱”，如幅度谱、相位谱。在测试系统里面，模拟信号先经由A/D变换器，然后再进入计算机。通过信息的采集，使得原本连续不断的时间信号变成其他类型模式的信号。通过这种方式的变换原本的频谱会产生很多改变，很多新的问题会出现在频域中。在计算机将模拟信号转化为数字信号之后，它的傅里叶变换的类型也发生了改变。一、音频分析方法

一般情况下，分析测量某个音频设备的频率时，我们会将这个设备看做一个黑箱，忽视它的内部结构以及元器件。然后将信号源产生的信号输入到这个系统中，对得到的输出信号采样分析，然后会得到一些该系统的特性，通过分析特性了解此系统，此为普遍的音频分析方法。我们称音频设备的输入信号为激励信号。激励信号可以分为以下几种类型，按照波形分可分为正弦，方波等。按照噪声可分为白噪声、粉红噪声等噪声信号。最普遍的分析方式有最大长度序列信号检测、正弦信号检测、脉冲信号检测等。

二、音频参数测量及分析

一般来说，信号的电压、功率、频率、以及信噪比等参数都囊括在音频测量的范围之内。可以通过运算组合得到很多音频参数。

电压、频率、信噪比是我们在音频频率测量中测量的最主要也是最基本的参数。

一般来说信号的频率需要较高的精准度，因此一般通过高频精密时钟来测量。同时将输入信号和基准时钟清零计数。一段时间之后，将得到的计数值乘以基准时钟的频率，得到的结果就是信号频率。随着技术的提高，软件也可以实现精密计算信号的频率。

信噪比，顾名思义就是信号的有效电压和噪声电压的比，是音频设备最基本的性能指标参数。

一般我们将测试信号导入到某个待测音频设备中，通过输出信号的参数波形来了解设备的相关性能，这个过程称为时域分析。实际中用的最多的的时域分析测试信号有正弦信号、方波信号、阶跃信号及单音突变信号等。

音频分析中频域分析是尤为重要的部分，而频率响应特性曲线图则是频率分析的根本。它能准确的描绘音频频率在左右频率范围内的分布。通常峰值处的频率声压强，谷底处的频率声压弱。所以当整个频率起伏很大的话，频率失真也会相应的很严重。

一般来说有两种方法来测量谐波失真。一是通过正弦波经过频率设备，再分析其得出的输出频率得到谐波失真。另一种则相比于第一种更加简便，利用测量出的剩余信号的电压对比原来的就能得出。而在音频的实际测量中，我们一般在某段频率中取得几个点，测出他们相应的谐波失真，接着把所有点以频率为横坐标画出一条曲线，我们称这条曲线为谐波失真曲线。

第一章 方案论证与比较

1.1处理器的比较与选择

我们通常选用8位，16位，32位，甚至是64位的MCU作为处理器。然而由于我们在处理运算过程中会用到快速傅里叶fft变换，是的我们会用到很多浮点运算，所以我们处理信号的过程中要使用很大的内存空间，而且对于数字处理和运算的速度会很慢，因此，一般的MCU在很短的时间内很难完成如此大的运算量。故我们选用STC15系列1T 8051单片机，成本低并且效率高。

1.2.采样方法比较与选择

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：14229字