AD转换采样离散化FFT频谱显示论文

AD 转换采样离散化 FFT 频谱显示论文 [摘要]本音频信号分析仪由 32 位 MCU 为主控制器，经 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重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 20mVpp-5Vpp，分辨力分为 20Hz 和 100Hz 两档。测量功率精确度高达 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]AD 转换采样离散化 FFT 频谱显示 一、概述 音频是多媒体传播中的一种重要媒体。人耳所能听见的音频信号的频率范围大约是 0.02-2OkHz，其中语音信号大约分布在 0.3-4kHz 之内，而其他自然声响是全范围分布的。声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成为数字音频。这里所说的音频分析就是以数字音频信号为分析对象，以数字信号处理为分析手段，提取信号在时域、频域内一系列特性的过程。 各种特定频率范围的音频分析有各自不同的应用领域。对于0.3-4kHz 之间的语音信号的分析主要应用于语音识别;而对于 0.02-20kHz 之间的全范围的语音信号分析则可以用来衡量各类音频设备的性能。所谓音频设备就是将实际的声音拾取到将声音播放出来的全部过程中需要用到的各类电子设备。 二、实施方案 1.采样方法。由于 32 位 MCU-LPC2148 是 60M 的单指令周期处理器，所以其定时精确度为 16.7ns，已经远远可以实现我们的40.96KHz 的采样率，而且控制方便成本便宜，所以我们选择由MCU 直接采样。 2.处理器。由于快速傅立叶变换 FFT 算法设计大量的浮点运算，而一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，普通的 8 位 MCU 一般难以胜任。综合内存的大小以及运算速度，我们采纳 Philips 的 32 位的单片机 LPC2148，它拥有 32K 的 RAM，并且时钟频率高达 60M。 3.周期性判别与测量方法。测量周期可以在时域测量也可以在频域测量。由于频域测量周期性要求某些频率点具有由规律的零点或接近零点出现，对于较为复杂的，频率重量较多且功率分布较均匀且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，再测出频率，分析后即可以判别出其周期性。 对于一般的音频信号，其时域变化是不规则的，所以...