音频信号分析仪的设计

1.双路低频信号发生及分析仪的设计制作难度系数:1.0 一、任务设计并制作一个双路低频信号发生器，以及一个能对信号进行频域分析的仪器。

电路结构框图示意图如图1所示。

图1 电路结构框图示意图二、要求1．基本要求(1)两路信号均可程控选择输出正弦波、矩形波、三角波，频率可预置，范围为1000Hz到2000Hz，设置的步进值不大于10Hz，频率准确度不低于1%，且每路信号的波形及频率都可以单独预置。

(2)两路输出信号最大幅度不低于2.5V，幅度可预置，设置的步进值不大于100mv，且每路信号的幅度都可以单独预置。

(3)能产生两路频率相同相位差可预置的双相正弦信号，相位差预置范围为0～360度，设置步进值为10度，精度为10度。

(4)输出矩形波的占空比能在1%—99%范围内预置，设置步进值为1%，精度为1%。

2．发挥部分(1)信号叠加电路能对信号发生器输出的两路正弦信号（频率和幅度可以不相同）进行合成，合成后的叠加信号波形正确。

(2)分析仪能对信号叠加电路输出的叠加信号进行频域分析，并分别显示原两路正弦信号的频率和幅度，其误差绝对值不大于10%；(3)其他。

三、说明(1)作品中不得使用集成DDS芯片，否则取消比赛资格。

(2)题目中所指的幅度均为峰峰值。

(3)工作电源可用成品，也可自制。

四、评分标准2. 板式倒立摆控制装置难度系数:1.0一. 任务设计并制作一个板式倒立摆控制装置，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下，如图1所示。

转轴图1 控制装置示意图控制对象为板式倒立摆，其的尺寸如图2所示。

转轴图２板式倒立摆二. 要求 1.基本要求(1)用手转动板式倒立摆时，能够数字显示转角θ。

显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。

(2)通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够分别在2°，6°，10°范围内变化，误差≤2°，并要求实时显示θ。

（1页）音频分析仪用于所有音频测量的紧凑型仪器（2页）音频分析仪一览尽管音频信号现今主要是数字化处理，模拟技术仍将是一种会得到不断加强的可行选择。

因此，模拟和数字测量都需要进行。

R&S UPV音频分析仪恰恰是为了这个目的所设计的。

摘要总览：·适用于各种接口：模拟、数字和混合·同时显示多种测量功能·抽样频率达到400 kHz·用于分析仪和发生器的用户可编程滤波器·内置PC的紧凑型测试仪器·可扩展插槽R&S UPV音频分析仪能够允许用户完成几乎所有的音频测量：频响测量、总谐波失真显示、谱显示、数字接口分析等。

发生器功能多样。

它可以产生任何正玄波和噪声。

R&S UPV音频分析仪是一种多功能一体仪器，带有一个使传输变得简单的集成计算机。

当仪器到达工厂的时候，它只需要拆开包装，打开即可使用。

不需要任何的外部设备因为必要的设备都已经包含在内。

可选择模块和软件扩展可以被集成到仪器当中，这为以后的应用开辟了广阔的道路。

R&S UPV音频分析仪呈现了一种艺术的形态和直观的用户界面（xp操作系统）。

大屏幕扮演了一个关键的角色，不仅仅显示测量结果。

所有的设定都是由面板来完成的，它包含了所有的相关功能和设定。

因为所有的操作都易于理解以及模拟和数字的测量比较类似，所以用户可以快速掌握仪器的操作。

仪器具有可扩展图形窗口特征，图形可以根据需要在窗口上移动，让所有的测量结果一目了然。

一个或者两个通道的测量结果可以实时的显示，通道的数目还可以继续扩展最多到16个。

大量的测量功能/图形可以同时进行。

例如，时域和频域的分析可以同事显示。

有了图形，结果就可以通过垂直和水平的光标读出。

此外，限制线和存储的测量结果可以和她们叠加或者和它们比较。

(3页)音频分析仪优点和关键特性所有的测试信号和测量功能在一个盒子里·R&S UPV发生器可以产生多种模拟和应用R&S UPV-B2/-B41/-B42选项的数字测试信号·R&S UPV具有广泛的测量功能，在模拟和安装了R&S UPV-B2/-B41/-B42选项的数字接口的情况下。

Keysight N9020A MXAX 系列信号分析仪10 Hz~3.6、8.4、13.6 或26.5 GHz技术资料目录定义与条件 (3)频率和时间技术指标 (4)幅度精度与范围技术指标 (6)动态范围技术指标 (8)PowerSuite 测量技术指标 (12)一般技术指标 (13)输入和输出 (14)IQ 分析仪 (16)IQ 分析仪-选件B40 (17)IQ 分析仪-选件B85/B1A/B1X (18)实时频谱分析仪(RTSA) (19)相关文献 (19)本技术资料是 MXA 信号分析仪的技术指标和条件摘要。

如欲获取完整的技术指标指南，请访问: /find/mxa_specifications 加速上市每个器件都需要您在客户技术指标、吞吐量和产率等目标之间做出权衡。

借助高度灵活的信号分析仪，您可以管理并最大程度地保证所有目标。

是德科技中档MXA 是您的终极加速器，可帮助您加快产品从设计到上市的速度。

它还具有出色的灵活性，可以迅速适应用户不断变化的测试要求―包括当前的要求和未来的要求。

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定义与条件技术指标是指产品保证中所包括的参数性能，除非特别注明，这些技术指标只在0°C 到55°C1的完整温度范围内有效。

95% 表示环境温度在20 至30°C 内时，预计有95% 的把握在95% 的情况下能够达到性能容限范围(~ 2σ)。

除了仪器样品的统计观测数据之外，这些值还包括外部校准参考的不确定度影响。

我们不保证仪器性能可以达到这些参数值。

如果生产仪器的统计观测特性出现重大变化，有时候会对这些值进行更新。

典型值是指不在产品保修范围内的其它产品性能信息。

当性能超出技术指标时，80% 的样本在20~30°C 的温度范围内可表现出95% 的置信度。

典型性能不包括测量不确定度。

标称值是指预计的性能，或表示在产品应用中有用但未包含在产品保修范围内的产品性能。

音频信号分析仪设计实践报告摘要系统基于快速傅立叶变换(FFT)算法，以FPGA和NIOS软核为数据处理与控制核心，实现对频率范围在100Hz～10KHz，电压范围（峰-峰值）在1mV～2.5V的音频信号频率成分的分析。

系统由音频信号采集、FFT处理、FIFO数据缓存、NIOS软核控制和LABVIEW 上位机显示等模块组成，硬件采用Cyclone III系列FPGA芯片EP3C25F324C8为核心，采用高性能的立体音频Codec芯片TLV320实现音频处理，对输出具有可编程增益调节,然后在Quartus环境下采用FFT IP核完成离散信号的FFT处理，采用DC_FIFO对FFT变换后的数据进行缓存处理，实现与高时钟NIOS核的通讯，在IDE环境下通过C语言编程实现FIFO 和软核CPU的控制，最终在LABVIEW显示音频信号主要频率成分的信息，实现对音频信号的分析和显示。

关键词：音频分析 FFT FPGA NIOS软核 FIFO目录音频信号分析仪设计实践报告 (1)摘要 (1)一、设计任务及要求 (3)1）任务 (3)2）要求 (3)二、系统设计方案 (3)2.1 设计方案的选择 (3)2.2 总体设计思路 (4)三、模块电路与程序设计 (5)3.1 TLV320控制电路 (5)3.2 FFT控制电路 (5)3.3 FIFO控制电路 (7)3.4 NIOS软核 (8)3.5 LABVIEW显示 (8)3.6 程序说明 (8)四. 测试方案与测试结果 (9)4.1 测试方案 (9)4.2 测试结果 (9)五．遇到问题及解决办法 (10)六. 组员分工.................................................................................................. 错误！未定义书签。

七. 总结与感想.............................................................................................. 错误！未定义书签。

大学生电子设计竞赛题目方向1）仪器仪表方向：音频信号分析仪：2007年A题数字取样示波器：2007年C题简易频谱分析仪：2005年C题简易逻辑分析仪：2003年D题低频相位测量仪：2003年C题数字存储示波器：2001年B题频率特性测量仪：1999年C题数字工频多用表：1999年B题简易数字频率计：1997年B题简易RLC测量仪：1995年D 题仪器仪表方向训练重点：内容：包含信号产生、采集、存储、分析、处理、显示、控制等信号处理环节中的大部分或全部。

类型：分为时域分析处理和频域分析处理两大类。

难点：强调速度、处理能力、显示性能等。

需要通过构建新技术硬件平台及运用信号处理算法来实现。

系统中的部分任务需要在训练阶段完成。

训练：DDS 任意信号产生、高速/宽带模拟电路、滤波器、高速ADC/DAC采样与回放、高速数据存储、算法、显示技术、强实时性并发多任务软件设计、FPGA/ CPLD 与单片机的接口、仪器仪表原理、各类电参数测量、等内容。

2）电路系统方向：宽带直流放大器：2009年C题简易程控滤波器：2007年D题正弦信号发生器：2005年A题宽带放大器：2003年B题压控L/C振荡器：2003年A题任意波形发生器：2001年A题简易测量放大器：1999年A题录音与回放系统：1999年E题实用信号源制作：1995年B题电路系统方向训练重点：内容：偏重概念和指标。

涉及到各类经典单元模块电路，及其基本概念、基本原理和新实现方法、性能指标测试方法等。

类型：分为功能型和指标型两大类。

难点：特别强调指标，通常经典设计、通用IC是难以完成的。

训练：放大器、滤波器、振荡器、DDS任意信号产生、基本模拟调理电路、电性能指标测试、开拓设计思路等。

3）功率电子方向：光伏发电模拟装置：2009年A题电能收集充电器：2009年E题开关型稳压电源：2007年E题数控恒流源：2005年F题三相正弦变频电源：2005年G题高效 D 类放大器：2001年D题直流稳定电源：1997年A题实用音频放大器：1995年A题功率电子方向训练重点：内容：大电流、大功率、三相电、斩波、DC-AC逆变、DC-DC开关电源、变频驱动、Class-D功放、光伏发电、并网、MPPT算法,等电力电子领域的新技术。

1 设计任务描述1.1设计题目：音频信号频谱显示器1.2 设计要求：（1）设计可显示音频信号频谱的电路，并用LED发光指示。

（2）设计指标1、输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V；2、输入信号包含的频率成分范围：1kHz～10kHz；3、频率分辨力：1kHz（可正确测量被测信号中，频差不小于1kHz 的频率分量的幅值）。

1.2.1 设计目的通过综合运用低频电子技术知识，进行实际电子系统的设计、安装和调测，以加深对低频电子电路基本知识的理解，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，初步培养研制实用电子系统的能力，为今后从事本专业相关工程技术工作打下坚实基础。

1.2.2 基本要求（1）进行方案的论证，给出原理框图。

（2）设计单元电路的原理图，完成基本理论计算。

（3）画出整机电路图。

（4）撰写符合设计要求的报告一份。

∶2系统设计2.1概述本文根据要求设计音频信号谱显示电路。

本文从以下三方面来完成音频信号谱显示电路的设计。

本电路由三部分组成。

第一部分是电压跟随器；第二部分是带通滤波器；第三部分是LED 灯柱的驱动部分。

根据要求信号输入电压（0.1V —5V ）比较大，无须再放大，但直接接信号源接入滤波电路可能会因为电路的不稳定造成滤波的效果差。

所以在带通滤波前加入一个电压跟随器来稳定电路。

根据要求输入频率是1KHZ —10KHZ ，且频率分辨率为1KHZ ，故设计9个并联的不同的带通滤波器，频宽为1KHZ 。

其后各串联一个LED 灯柱。

该LED 灯柱有六个发光二极管，每个发光二极管都串上电压比较器，其电压比较器的电压中的值分别为0—5V ，间隔为1V 。

以不同的电压来区分频谱的大小。

同时还在二极管上还串联一个保护二极管的电阻使其电流不超过8mA 。

2.2方案论证音频信号频谱显示器因其自身的众多优点，目前在很多领域都有着广泛的涉及。

此仪器是基于频谱分析仪制作而成，不仅能够直观的显示信号输入状况，而且在美学方面给予人们美好的视觉享受和音乐的动感。

PDM选件科电工程音频分析仪PDM输入输出选件-用于MEMS麦克风和抽取滤波器的完整解决方案，配备数字输入输出、数字串行、PDM和蓝牙设备的APx525双通道音频分析仪。

科电工程音频分析仪PDM的主要特点●可以直接连接任何PDM输入或输出的设备。

●支持上升沿和下降沿的独立音频通道。

●输入和输出具有可选的时钟方向。

●用于诊断的非抽样比特流分析。

●搭配高级主时钟（AMC）配置时●具有抖动发生和分析性能●具有弹性的内插和抽取率设置●PDM数据控制码输入/输出●逻辑电平为0.8～3.3V●电源电压为0.0～3.6V●可利用PSR扫频进行电源抑制测量●兼容APX555、AP52x和APX58x系列●APxPDM配置PDM（脉冲密度调制）是一种1比特、高时钟频率的数据流，应用于MEMS （微机电系统）数字麦克风、D类放大器和广泛用于移动产品（如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和穿戴式设备）的数字信号处理器。

PDM配置使APx500系列音频分析仪能够直接连接任何配备PDM输入或输出的设备，有利于快速发展的移动电子行业实现全面音频测试。

除所有标准音频测量值外，PDM接口还提供抖动损伤值和抖动测量值*、低至0.8V的可变逻辑电平、供MEMS设备测试的可变直流电源电压、可变采样率及PSR测量值，以检验设备的全部运行参数。

可以选择PDM(单声道或立体声)同时用于分析器的输入和输出。

或者，作为输入或输出的PDM可以由其他输入或输出格式补充。

特殊的PDM比特流模式可以绕过抽取器对整个频谱进行分析。

通过APx分析仪捕获的实际MEMS麦克风的PDM输出，呈现出1kHz的测试音，以及通频带上方噪声整形的效果。

●内置PDM放大器和MEMS麦克风MEMS麦克风设计者可利用集成时钟和设备直流电源的可用性，将设备输出与PDM输入直接连接。

声学响应测量的特殊套件可使MEMS传感器测试即使在非消声环境中也能实现快捷、容易、有效。

直至近期，致力于新PDM D类放大器和抽取器研究的半导体研发工程师仍未有PDMA参考信号解决方案。

简易频谱分析仪设计摘要该简易频谱分析仪以单片机A T89S52为控制核心，控制高中频的二次变频扫频接收机进行频谱分量分析，同时在示波器屏幕上显示频谱分量，具有分析范围宽。

高镜像抑制比和高分辨力的特点。

该作品很好地达到了设计目标。

AbstractThe simplified frequency spectrum analyzer adapts the AT89S52 MCU as the control unit.It controls the high and middle frequency receiver which can secondly changes frequency and scans frequency to analyse frequency spectrum. At the same time,the frequency spectrum is displayed on the screen of the oscillograph.This frequency spectrum analyzer has some excellent performance: the largo analyse range, high mirror restrain ratio,high resolving power.It better achieves the design aim.一。

方案设计与论证1.总体设计方案方案一：将被测信号放大后直接用DSP或单片机经A/D转换后进行傅立叶展开等数字处理，将得到的结果送到示波器等显示器件进行显示。

这个方案的优点是比较容易从软件上进行各种数字运算的处理，因为本题目要求的指标并不高，采用这个方案将会极大提高设计成本和增加开发难度；方案二：参考题目推荐的方法，该题目可设计成一扫频接收机，在扫频范围内能检测到每个频点上的信号幅度，此方案的优点是电路比较简单，不需要DSP等专用芯片处理就可以满足设计要求，缺点是实时性比较差。

目录1. 设计概述 (1)2. 设计目标 (2)3. 设计思想 (3)4. 系统结构 (4)4.1系统硬件结构框图 (4)4.2系统软件结构框图 (5)5. 系统单元电路的设计 (5)5.1ADC采样模块设计 (5)5.1.1 WM7831芯片简介 (5)5.1.2 WM8731芯片控制 (6)5.1.3 ADC单元硬件电路 (7)5.2FFT模块的设计 (9)5.2.1 FFT算法 (9)5.2.2 FFT算法的FPGA实现整体结构 (10)5.3中断的实现 (11)5.4液晶显示模块的设计 (11)5.4.1 方案论证 (12)5.4.2 方案设计过程 (12)5.5VGA显示模块的设计 (18)5.5.1 VGA显示原理及时序 (18)5.5.2 方案论证 (19)5.5.3 方案设计过程 (20)5.6音频前置放大器的设计 (22)5.7音频输出 (22)6. 系统实验结果分析 (23)6.1分辨率实验 (23)6.2频率的测量范围实验 (24)6.3M ATLAB对正弦波进行频谱分析的仿真结果 (25)6.4音频信号的相关实验 (26)6.5系统运算速度测试 (26)6.6实验结果分析 (26)6.7系统资源使用情况 (26)7. 设计特点与不足 (27)7.1设计特点 (27)7.2设计不足 (27)8. 设计过程中出现的问题及解决 (28)9．总结 (28)参考文献 (29)数字频谱分析仪Digital Spectrum Analyzer(陕西科技大学王鹏，李明艳，刘波指导教师：马令坤)摘要：随着科学技术的发展，频谱分析作为近代的信号分析方法在各个学科研究中已经广泛应用，是从事各种电子产品研发、生产、检验的重要依据。

高分辨率、宽频带实时的数字频谱分析的方法和实现一直是该领域的研究热点，我们设计了一种基于NIOS II的嵌入式频谱分析仪。

充分利用NIOSII强的运算能力和FPGA易于系统集成的特点，实现了硬件开销小、实时性较强和分辨率高的语音频谱分析仪。

HDMI协议分析仪简介HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是一种数字音视频接口标准，广泛应用于电视、显示器、投影仪等高清影音设备中。

HDMI协议分析仪是一款用于分析和调试HDMI信号的工具，可以帮助工程师诊断和解决HDMI相关问题。

功能特点•数据捕获：HDMI协议分析仪能够捕获HDMI信号的原始数据，包括音频、视频和控制信息等。

•解码分析：分析仪可以对捕获的数据进行解码，并提供详细的协议分析结果。

•视频显示：通过连接显示设备，分析仪可以实时显示HDMI信号的视频内容，方便工程师观察。

•信号调试：工程师可以通过分析仪对HDMI信号进行调试，检测和解决信号中的问题。

•兼容性测试：分析仪可以用于测试HDMI设备之间的兼容性，确保设备之间的互联正常工作。

使用场景产品开发在HDMI产品开发过程中，HDMI协议分析仪可以发挥重要作用。

通过使用分析仪，工程师可以深入了解HDMI协议的工作原理，分析和调试产品中的HDMI信号问题，提高产品的稳定性和可靠性。

生产测试在HDMI产品生产过程中，使用HDMI协议分析仪可以进行信号质量测试和功能验证，确保产品符合HDMI标准。

分析仪提供的详细分析结果可以帮助工程师快速定位和解决问题，提高生产效率。

技术支持HDMI协议分析仪也可以用于技术支持和售后服务。

工程师可以通过分析仪远程诊断用户遇到的HDMI问题，提供有效的解决方案，减少用户的困扰。

使用步骤使用HDMI协议分析仪进行HDMI信号分析的一般步骤如下：1.连接设备：将HDMI协议分析仪与待分析的HDMI设备进行连接，确保信号传输正常。

2.配置参数：根据实际需求，设置分析仪的采样率、解码方式等参数。

3.数据捕获：启动分析仪开始捕获HDMI信号的数据。

4.分析结果：分析仪会对捕获的数据进行解码和分析，生成详细的分析结果。

5.问题解决：根据分析结果，工程师可以定位和解决HDMI信号中的问题。