基于DSP的音频信号分析仪的设计(新品)

摘    要
音频信号分析被广泛用于测量各类音频信号的时域特性、频域特性及失真特性等，在生产实践和科学研究中有着广泛的应用，而进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器。随着快速傅立叶变换（FFT）算法和DSP芯片的出现和发展，为各式各样的频域问题提供了一个统一的、经济的、单片集成的解决方法，将DSP技术应用到音频分析仪的设计与制造中，给音频分析仪带来了全新的面貌。
本文首先对音频信号的时域处理方法进行分析，在对音频信号的频谱方法研究以及与其他设计方案进行了比较的基础上，提出了一种基于DSP的音频信号分析仪的构思。之后介绍了基于DSP的音频信号分析仪所涉及的各种相关原理，提出了其基本思路是：由DSP芯片为主控制器，通过量程控制处理和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分量以及功率等指标进行分析和处理，分析其频谱特性和各个频率点的功率值，信号由DSP芯片分析后判断其周期性及测量，然后通过LCD对信号的频谱进行显示。这种结构简单、使用方便的音频信号分析仪利用DSP强大的数据处理功能对音频信号进行频谱分析。
最后，对此方案进行了模拟测试并在TMS320C5402 DSP上进行了实现，实现了包括各频率分量的频率和功率的测量、总功率的测量、信号周期性判别与测量、正弦信号失真度测量的功能，取得较为满意的结果，验证了该系统的可行性。 [版权所有：http://think58.com]

关键词：音频信号分析仪；数字信号处理；快速傅氏变换；频率分析；功率计算
 
DSP-based audio signal analysis (software)
Abstract
Audio signal analysis is widely used to measure various types of audio signals in the time-domain characteristics, frequency domain characteristics and distortion characteristics, practice and research in the production of a wide range of applications, and a more complete analysis of the audio tests need to purchase various price Expensive special equipment. With the Fast Fourier Transform (FFT) algorithm and the emergence of DSP chips and development for a wide range of frequency domain to provide a unified, economic, monolithic integrated solution will be applied to the audio DSP Technology Analyzer for the design and manufacture of audio analyzer to bring a new outlook.
This article first audio signal processing methods of time-domain analysis of the audio signal in the spectrum method and with other programmes designed on the basis of a comparison, a DSP-based audio signal analyzer idea. After the introduction of the DSP-based audio signal analyzer involved in the relevant principle, its basic idea is: from DSP chip-based controller, through the range control processing and AD conversion, the audio signal sampling, the continuous signal Discrete, and then through the FFT fast Fourier transform computing, in the time domain and frequency domain of the audio signal and the power of the various frequency components, and other indicators for analysis and processing, analysis of the frequency spectrum and the various points of the value of power, signals from the DSP chip analysis After the judgement of its cyclical and measurement, and then through the spectrum of the signal LCD display. This structure is simple, easy-to-use audio signal analyzers use of DSP powerful data-processing functions of the audio signal for spectrum analysis.

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Finally, this option was simulated tests and in the TMS320C5402 DSP on achieving and realizing the various frequency components, including the frequency and power of measurement, the total power measurement, signal cyclical discrimination and measurement, sine signal distortion measurement functions And achieved satisfactory results, verify the feasibility of the system.

Key Words：Audio Signal Analyzer；Digital Signal Processing；Fast Fourier Transform；Spectrum；Frequency Analysis；Power Calculation

设计内容及要求   
1.输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz ；
2.频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于100Hz的频率分量的功率值。）；
3.检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率
4.分析时间：越小越好，最好控制在5秒以内。
5.用高速DSP芯片实现和CCS软件设计。
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目    录   27000字
摘    要    I
Abstract    II
1  绪论    1
1.1  研究背景和意义    1
1.2  音频信号分析仪概况    2
1.2.1  传统音频分析仪    2
1.2.2  现代音频分析仪    3
2  音频信号分析的基础理论分析    4
2.1  音频信号分析原理概述    4
2.2  音频信号分析方法    7

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2.2.1  音频信号分析方法概述    7
2.2.2  音频信号分析的内容和分类    7
3  DSP芯片的相关介绍    10
3.1  DSP芯片简介    10
3.2  DSP芯片的功能、应用及发展    10
3.2.1  DSP芯片的基本结构    10
3.2.2  DSP芯片的应用    13
3.2.3  DSP芯片的结构特点及其类型    14
4    数字信号处理（DSP）的基础理论分析    16
4.1  数字信号处理的概况及发展状况    16
4.1.1  数字信号处理理论概况    16
4.1.2  数字信号处理的产生、发展与特点    16
4.2  傅立叶变换的原理    17
4.2.1  傅立叶变换的基本定义    17
4.2.2  傅立叶变换的产生、性质和分类    18
4.3  离散傅立叶变换（DFT）    19
4.4  快速傅立叶变换（FFT）    20

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5  基于DSP的音频分析仪设计方案的可行性分析    26
5.1  基于单片机设计方案的分析    26
5.1.1  单片机功能及应用的简要概述    26
5.1.2  基于单片机设计方案简述    26
5.2  基于DSP设计方案的分析    27
5.2.1  基于DSP设计方案的简述    27
5.2.2  基于DSP设计方案的优点    27
6  基于DSP的音频分析仪的硬件设计与实现    28
6.1  硬件的总体设计    28
6.2  单元电路设计    28
6.2.1  电源系统电路设计    28
6.2.2    前级阻抗匹配和放大电路设计    29
6.2.3  A/D转换电路设计    30
6.2.4  LCD显示电路设计    30
6.2.5  键盘电路设计    31
7  基于DSP的音频分析仪的软件设计与实现    32
7.1  软件的总体设计    32

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7.2  单元软件设计    34
7.2.1  数据采集的软件设计    34
7.2.2    数据存储的软件设计    35
7.2.3    FFT运算的软件设计    37
7.2.4    信号周期性判别与测量的软件设计    41
7.2.5    正弦信号失真度测量的软件设计    42
7.2.6  各频率分量的功率及总功率运算的软件设计    44
7.2.7    按键扫描的软件设计    46
7.2.8    显示部分的软件设计    47
结    论    48
参 考 文 献    49
附录A  LCD显示程序    51
致    谢    54
 
参 考 文 献
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