音頻信號分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：很多信號存在于我們地身邊，它們包含電信號和非電信號，對信號的一些具體特性的分析需要借助于一定的儀器才能實(shí)現(xiàn)，由于以前在實(shí)驗(yàn)室所了解到的知識和經(jīng)驗(yàn)知，音頻信號分析儀可以達(dá)到該期望。其主要利用頻譜分析原理，而對所測的結(jié)果進(jìn)行波形顯示則需要借助于顯示儀器LED。SPCE061A擔(dān)任本設(shè)計(jì)的運(yùn)算器件的中心器件核心。借助LED可以觀測到除此之外的很多結(jié)果。五十赫茲至一萬赫茲視為被測量的頻率范圍。幅度范圍是5MV到5V，分辨力為50HZ，該音頻信號分析儀都可以讓這些成為現(xiàn)實(shí)。還包括可以實(shí)現(xiàn)對于單個頻譜分量的測定以及總頻率分量的測定和功率譜的測定。

關(guān)鍵詞：FFT；LCD顯示；頻率；功率譜；SPCE061A

1 緒論

音頻是一種至關(guān)重要的媒體，20Hz-20kHz這個頻率范疇是我們可以感受得到的音頻信號的頻率范圍。300Hz-4kHz這個范疇是語音分布區(qū)。除了這些區(qū)域以外，還在其他的領(lǐng)域也有劃分。信號各種性能的測試也可以用音頻信號分析儀得以實(shí)現(xiàn)。信號電壓、頻率、信噪比、諧波失真等基本參數(shù)都包含于音頻測量[1-2]。這幾種基本參數(shù)能夠形成大多數(shù)的音頻參數(shù)。常見的音頻信號分析儀器可以滿足太多需要，包括器件精度高，以及裝置功能相當(dāng)齊全。然而相比之下也有一些不好的地方。例如體積大，所以很多小型化的系統(tǒng)中都不能夠被應(yīng)用

2 器件選擇與總體布局

2.1 運(yùn)算核心的選擇SPCE061A

普通的單片機(jī)類型，自身的性能太過大眾，以存儲高和速率大關(guān)鍵點(diǎn)的需求都不能夠被滿足。我毫不猶豫地選擇SPCE061A，由于在該設(shè)計(jì)方案中我們會將信號由連續(xù)變?yōu)殡x散，我們稱為數(shù)字信號。恰好，該型號的單片機(jī)對數(shù)字信號實(shí)行高速度，高準(zhǔn)確率的處理是輕而易舉的，這也是它能夠和該設(shè)計(jì)相互融合的主要理由。

2.2RAM的選擇

在該主要芯片這一運(yùn)算核心已經(jīng)具有了存儲功能這一條件下，是否還需要通過外部條件來重新實(shí)現(xiàn)這一功能呢？由下面可知：

該芯片本身材質(zhì)低廉，相當(dāng)經(jīng)濟(jì)并且解決程序水平相當(dāng)高?？梢詫⑿枰獌π畹哪繕?biāo)物實(shí)行高速，確切地存儲。

2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇

AD轉(zhuǎn)換翻譯為較為易懂的術(shù)語就是模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號是離散的，而離散信號又可以由連續(xù)信號經(jīng)過數(shù)字化得到，其中需要的儀器就是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如何對器件進(jìn)行選擇呢？。對策是多樣的。原因在于實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，運(yùn)算核心自身便游刃有余。為了更好地對信號實(shí)施檢測，擇優(yōu)選擇器件我們毅然決然。從降低對目標(biāo)信號的擾亂，提高實(shí)驗(yàn)的精度和準(zhǔn)確度以及節(jié)省資金方面來說都是明智之舉。綜上，直接利用SPCE061A芯片來達(dá)到模數(shù)轉(zhuǎn)換的目的。

2.4顯示模塊的選擇

LED和LCD都從屬于顯示模塊，但具有如下不同的特點(diǎn)：

由于LED的工作原理有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示之分，因此在程序編寫上面比較麻煩，且需要用相當(dāng)多的IO口來控制斷碼線和位選線。但LCD則不同，不僅僅具有上面這些長處，同時(shí)抑制由于其他外界因素對于目標(biāo)信號所造成擾亂的能力也很強(qiáng)。且目前已經(jīng)有多種LCD顯示模塊，并且顯示字符相當(dāng)豐富，有的甚至可以顯示漢子。由以上可得：LCD顯示模塊具有選擇資格。

3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

3.1 SPCE061A芯片

SPCE061A芯片相異于一般的單片機(jī)芯片，確切地來說是具有更多的優(yōu)點(diǎn)。主要在于它是享有十六位結(jié)構(gòu)的微控制器。再者，生產(chǎn)它的公司也并不是普通的公司，它是被凌陽科技在最近幾年才生產(chǎn)出來的，在功能上具有先進(jìn)性和全面性。它可以完成對于離散信號快速高效地處理。在該實(shí)驗(yàn)中具有以下作用：

中央處理器：R1，R2，R3，R4構(gòu)成通用寄存器，除此以外，還有很多英文字母表達(dá)式，例如PC，SP，BP以及SR，那么它們各自代表什么呢？在查閱了相關(guān)地資料之后我意識到了它們各自的意義，那就是第一個為程序計(jì)數(shù)器，第二個為堆棧指針，第三個為基址指針，第四個為段寄存器。這四個和前面地四個通用寄存器一起構(gòu)成了該儀器內(nèi)部具有的八個寄存器不僅如此，MR則與它們不同，作為目標(biāo)寄存器使用也是它的功能之一，能夠進(jìn)行包括乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的算數(shù)運(yùn)算

SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖。最小系統(tǒng)包含很多個部分，其中包括晶振電路，即能夠給出一個標(biāo)準(zhǔn)的頻率。晶振電路是并不是唯一的組成部分，除此以外單片機(jī)當(dāng)然也是有的。在某些場合下，復(fù)位電路和這兩部分以及其他的部分相互協(xié)調(diào)，共同組成最小系統(tǒng)如圖3-1所示：

3.2 預(yù)處理電路

預(yù)處理的兩個重要指標(biāo)

（1）：短時(shí)能量序列反映了語音振幅或能量隨著時(shí)間緩慢變化的規(guī)律

（2）：過零率。

，其中變量n從正無窮到負(fù)無窮取值。進(jìn)行端點(diǎn)檢測有很多好處，在眾多的有利結(jié)果中，其中能夠?qū)崿F(xiàn)對語音的剛開始的最后的部分自動檢測，這一點(diǎn)是最為重要的。

3.3RS—232通信電路的設(shè)計(jì)

關(guān)于RS232

RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口很多的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在很多的不足：數(shù)據(jù)被傳輸?shù)乃俣忍貏e慢；并且只能近距離傳輸；在相接處大多數(shù)信號聚集在該處，會擾亂原來的存在狀態(tài)。被傳輸?shù)木嚯x越短，擾亂的程度越不嚴(yán)重，反之也成立。其在通信行業(yè)的地位越來越高。

參考文獻(xiàn)

[1] 張家田，封川川，嚴(yán)正國.基于DSP的音頻信號分析儀設(shè)計(jì)[J]西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2009， 24（1）：85-87

[2] 戚甫峰 基于FPGA的音頻信號分析儀[J]機(jī)械與電子，2009，（15）：365-466

[3] 劉曉東，李淑波，施艷艷.SPR4096存儲器的并行擴(kuò)展設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].自動化與儀器儀表.2007， （131）： 15-18

作者簡介：張春花（1994-）女，四川達(dá)州渠縣人，成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在讀研究生，電子與通信工程專業(yè)。