1 系統(tǒng)方案論證與比較

　　1.1 摘要：本音頻信號(hào)分析儀由32位MCU為主控制器，通過AD轉(zhuǎn)換，對音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，把連續(xù)信號(hào)離散化，然后通過FFT快速傅氏變換運(yùn)算，在時(shí)域和頻域?qū)σ纛l信號(hào)各個(gè)頻率分量以及功率等指標(biāo)進(jìn)行分析和處理，然后通過高分辨率的LCD對信號(hào)的頻譜進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)能夠精確測量的音頻信號(hào)頻率范圍為20Hz-10KHz，其幅度范圍為5mVpp-5Vpp，分辨力分為20Hz和100Hz兩檔。測量功率精確度高達(dá)1%，并且能夠準(zhǔn)確的測量周期信號(hào)的周期，是理想的音頻信號(hào)分析儀的解決方案。

　　1.2 采樣方法比較與選擇

　　方案一、用DDS芯片配合FIFO對信號(hào)進(jìn)行采集，通過DDS集成芯片產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定度和精度相當(dāng)高的信號(hào)作為FIFO的時(shí)鐘，然后由FIFO對A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，最后送MCU處理。

　　方案二、直接由32位MCU的定時(shí)中斷進(jìn)行信號(hào)的采集，然后對信號(hào)分析。

　　由于32位MCU -LPC2148是60M的單指令周期處理器，所以其定時(shí)精確度為16.7ns，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以實(shí)現(xiàn)我們的40.96KHz的采樣率，而且控制方便成本便宜，所以我們選擇由MCU直接采樣。

　　1.3 處理器的比較與選擇

　　由于快速傅立葉變換FFT算法設(shè)計(jì)大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，由于一個(gè)浮點(diǎn)占用四個(gè)字節(jié)，所以要占用大量的內(nèi)存，同時(shí)浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)間很慢，所以采用普通的8位MCU一般難以在一定的時(shí)間內(nèi)完成運(yùn)算，所以綜合內(nèi)存的大小以及運(yùn)算速度，我們采用Philips 的32位的單片機(jī)LPC2148，它擁有32K的RAM，并且時(shí)鐘頻率高達(dá)60M，所以對于浮點(diǎn)運(yùn)算不論是在速度上還是在內(nèi)存上都能夠很快的處理。

　　1.4 周期性判別與測量方法比較與選擇

　　對于普通的音頻信號(hào)，頻率分量一般較多，它不具有周期性。測量周期可以在時(shí)域測量也可以在頻域測量，但是由于頻域測量周期性要求某些頻率點(diǎn)具有由規(guī)律的零點(diǎn)或接近零點(diǎn)出現(xiàn)，所以對于較為復(fù)雜的，頻率分量較多且功率分布較均勻且低信號(hào)就無法正確的分析其周期性。而在時(shí)域分析信號(hào)，我們可以先對信號(hào)進(jìn)行處理，然后假定具有周期性，然后測出頻率，把采樣的信號(hào)進(jìn)行周期均值法和定點(diǎn)分析法的分析后即可以判別出其周期性。

　　綜上，我們選擇信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行周期性分析和周期性測量。對于一般的音頻信號(hào)，其時(shí)域變化是不規(guī)則的，所以沒有周期性。而對于單頻信號(hào)或者由多個(gè)具有最小公倍數(shù)的頻率組合的多頻信號(hào)具有周期性。這樣我們可以在頻域?qū)π盘?hào)的頻譜進(jìn)行定量分析，從而得出其周期性。而我們通過先假設(shè)信號(hào)是周期的，然后算出頻率值，然后在用此頻率對信號(hào)進(jìn)行采樣，采取連續(xù)兩個(gè)周期的信號(hào)，對其值進(jìn)行逐次比較和平均比較，若相差太遠(yuǎn)，則認(rèn)為不是周期信號(hào)，若相差不遠(yuǎn)（約5%），則可以認(rèn)為是周期信號(hào)。