全国大学生电子设计竞赛论文——山东赛区
编号：A甲2314
题目：音频信号分析仪
学生姓名：冯 涛
黄国栋
尹文彬
学校专业：山东建筑大学机械工程及自动化
指导教师：陈继文
秦广久
张 涵
音频信号分析仪
摘要：本作品是以计算机为中心的音频信号分析仪，根据题目设计要求，采集的信号在几十赫兹到十千赫兹范围内，我们尽量利用现有技术与设备，采用转换速度几十微秒的AD转换芯片和通用计算机构成。
本音频信号分析仪以LPC938单片机为核心，声音模拟信号通过LM358进行信号放大，利用LPC938自带的A/D转换功能实现模拟数字信号的转换，由单片机通过串行口通信的方式将数字音频信号传给PC机,通过PC机显示音频信号并分析结果。利用LabVIEW强大的科学计算能力，对采集到的信号进行了自相关和互相关分析，并对确知信号和随机信号进行了频谱分析和功率谱分析，实现了音频信号分析仪的设计。并将分析结果下传51单片机，由液晶显示、打印机打印。
关键词：信号采集频谱分析功率分析虚拟仪器正弦信号失真度
1.系统方案选择与论证
1.1总体设计方案
本作品是以计算机为中心的音频信号分析仪，根据题目设计要求，采集的信号在几十赫兹到十千赫兹范围内，我们尽量利用现有技术与设备，采用转换速度几十微秒的ad转换芯片和通用计算机构成，原理如图1所示。
本作品通过对音频信号的采集、放大、滤波、模数转换，由单片机通过串行口通信的方式将数字音频信号传给PC机。利用LABVIEW强大的科学计算能力，对采集到的信号进行了自相关和互相关分析，并对确知信号和随机信号进行了频谱分析和功率谱分析，实现了音频信号分析仪的设计。


图1.1 系统总体方案图框
1.2 硬件设计：
系统硬件部分包括信号预处理电路，数据采集、传输，计算机三个部分。其中预处理电路部分完成对被采集的信号进行预处理，使之和数据采集对输入信号的要求相匹配。数据采集实现将采集到的模拟信号转换为数字信号，数据传输将处理过的数字信号通过与PC机的通信接口读入PC机进行分析。
1.2.1、预处理电路的设计
预处理电路包括滤波、放大两部分。
①滤波模块设计
方案一：采用无源滤波器，用无源器件电感、电容、电阻组成的滤波器电路，其电路结构简单，调试容易。
方案二：话路滤波。由一个截至频率为WH的二阶低通滤波器和一个截至频率为WL二阶高通滤波器组合而成，其通带范围为
WL≤W≤WH
可根据低通滤波器和高通滤波器的计算方法算出频率范围20