文档介绍：LOGO 音频信号分析仪武汉大学:pany name 介?本系统基于离散傅立叶变换原理,以单片机和可编程逻辑器件为控制核心,由前级信号调理模块、抗混叠滤波模块、 AD637 检波模块、 A/D 采样模块等构成。采用数字信号处理技术,在 FPGA 内部完成了 2048 点浮点型 FFT 计算,能准确判断频率成分在 20Hz ~10kHz 、幅值范围在 ~10V 的输入信号的功率谱及其总功率,频率分辨力可达 10Hz ,并能分析正弦信号的失真度。利用相关原理能准确检测信号的周期性并测量其周期。系统对待测量的显示 5s刷新一次。另外还增加了掉电存储回放显示及信号频谱显示的功能,人机交互界面友好。 Company name 求?题目要求设计制作一台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。 a)该仪器能够检测的输入信号的范围(峰峰值)为 100mV~5V ,可进一步扩展输入信号的动态范围。 b)对输入信号进行频率和功率的检测,其中对信号频率的分辨力为 100Hz ,可扩展至 20Hz 。 c)此外该仪器还能够判断信号的周期性及测量正弦信号的失真度。 Company name 证与比较 1、信号调理与采集的方案论证?方案一:采用高有效位 AD ?方案二:采用对数放大器?方案三:采用多通道放大经过上述的分析比较,我们选择方案三, 可提高输入信号的动态范围,有利于信噪比与测量精度的提高。 Company name 、信号频率成分检测的方案论证?方案一:模拟滤波法?方案二: DFT 谱分析法 经过比较,数字的 DFT 方法则易于实现, 速度快,精度高。故可选用方案二,利用 FPGA 快速的数据处理能力,在其中完成 2048 点的浮点型 FFT 。当采样率为 时,由公式, 频率分辨率可达 20Hz ,降低采样率可进一步提高频率分辨力。 Company name 、信号总功率检测方案论证?方案一: A/D 采样法?方案二:有效值检波法 经过以上两种方案的论证比较,方案一在输入信号的频率未知,非同步采样的情况下误差较大,故我们选用方案二。 Company name 体设计方案及实现框图?根据以上的方案论证与比较,先将输入信号通过一多通道程控放大模块,调理到 ADC 适合采样的输入范围内,经过抗混叠滤波后一路送给 AD637 进行有效值检测计算总功率,另一路送给 AD进行采样。根据频率分辨力来确定采样率,利用 FPGA 快速数据处理能力,在其中完成 2048 点的 FFT 运算计算该信号的功率谱,并能实时显示信号总功率及主要频率成分功率。其中,对于信号周期性的判断与测量,我们采用自相关的方法,大大提高了判断的准确性。 Company name pany name ?系统实现耗用资源分析 1、 2048 各采样点占用资源 1024 * 4byte 作为旋转因子 2、逻辑资源 1个浮点乘法器 1000 逻辑单元 1个浮点加法器 800 逻辑单元 1个控制器 700 逻辑单元 3、外部存储器 2048 *2* 4byte 每点实部虚部各 4个字节 2048 个点中有 1024 个点重复 4、pany name 析与计算?1、放大器设计?基于题目“扩大输入信号动态范围”的要求,将信号在进入A/D 转换器之前需要进行合理的处理,使其在 A/D 量化范围内达到量化精度最高,此方法等效于 AD位数的增加。对于基本要求中幅度较大的低频信号( 50mV 以上),采用多路复用器通过选择放大器的反馈电阻来改变放大倍数的方法来实现。对于 50mV 以下的信号又分成三个固定放大倍数不同的通路供选择。通过这四路放大,输入信号总的动态范围可达 100dB 。这四路放大通道最后通过多路复用器选择送给 A/D 。先将信号经过 1倍放大的通道送给 A/D 初测幅值,根据此值选择被测通路。