基于FPGA的音频信号分析仪 - 图文

基于FPGA的音频信号分析仪

环使第三层循环进行2L-1次，因此，第二层循环完成时，共进行2L-1*N/2L=N/2个碟形计算。实质是：第二、第三层循环完成了第L级的计算。 几个要注意的数据：

①在第L级中，每个碟形的两个输入端相距b=2L-1个点。 ②同一乘数对应着相邻间隔为2L个点的N/2L个碟形。 ③第L级的2L-1个碟形因子WPN中的P，可表示为：

p=j*2m-L 其中j=0，1，2，...，（ 25

2L-1-1）

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5 系统调试与测试结果

5.1 系统调试

在完成本系统的过程中，我是按照模块化的思想来制作和调试的，这样大大地提高了系统制作效率，同时也给调试带来了很大的方便。然后在保证各指标和性能的前提下把做好的模块逐步级联起来。最后对整个系统进行调试直至满足设计要求。

（1）前级信号调理电路调试

前级电路的每个模块，在信号的处理中都不能引入噪声，每个模块都要都用通过示波器观察输出的波形有没有出现失真和杂波干扰等现象。在处理低频信号的系统中，电源的噪声对系统的影响比较大，高频干扰一般比较小，所以每个模块的电源端都要加电容滤掉电源噪声。同时在每个模块级与级的连接上一定考虑阻抗匹配的问题。

（2）系统电源电路的调试

电源对系统的重要性是不言而喻的，一个系统的电源不仅要很稳定，同时电源的纹波也要非常小。所以电源调试过程中，先通过万用表测试电源的输出电压是否稳定，然后还要通过示波器观察输出的电压有没有很大的纹波。

（3）系统整体联调

在各模块调试通过后将各模块按系统电路图正确组装，将各模块程序进行合理综合，调试系统直到系统功能实现。 5.2 测试方案与测试结果 5.2.1 测试电路

信号叠加电路采用反向求和电路，将2路信号求和后输出，以便系统对多路信号进行测试，运放采用高精密、低噪声的op07。

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图20号叠加电路

5.2.2 两路信号总功率测量

由于实验室提供的能够模仿音频信号的且能方便测量的信号只有正弦信号，所以我们用信号发生器产生的两路信号通过叠加电路，然后进行测量，发现总功率相对误差的绝对值都小于5%。

表2两路信号总功率测量

频率（Hz） f1=10k,f2=9k f1=1k,f2=3k f1=200,f2=100 f1=30,f2=20

信号总功率 0.04978W 0.05021W 0.05034W 0.05004W

最大功率 0.03953W 0.03990W 0.03925W 0.03900W

次大功率 0.00900W 0.01010W 0.01015W 0.01016W

测量总功率 0.04930W 0.05000W 0.04940W 0.04916W

误差 2.5% 0.4% 1.9% 1.7%

5.2.3 单个频率分量测量

单个频率分量测试时，峰峰值为100mV的电压信号测试的功率的误差明显大峰峰值为2.5V的电压信号，但整体误差都在10%内，能满足系统要求。

表3单个频率分量测量结果

电压峰峰值

2.5V

频率 10K

实际功率 0.015625W

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测量功率 0.014800W

误差 5.28%

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2.5V 2.5V 1V 1V 100mV 100mV

5.3 误差分析

1K 100 10k 100 1k 100

0.015625W 0.015625W 0.002500W 0.002500W 0.000025W 0.000025W

0.015300W 0.014950W 0.002298W 0.002350W 0.000023W 0.000023W

2.08% 4.32% 8.08% 6.00% 8.00% 8.00%

1数据后期处理计算误差;○2A/D本系统误差,经分析可见由以下几部分组成:○

3FFT运算频谱泄露误差;○转换器量化误差;○4显示误差。

1项误差主要由计算引入。上述误差中○对此部分误差,通过反复测量,最终通过2项误差由A/D量化的误差,以及通道噪声引入。○3项误差由于对软件进行修正。○

数据进行加窗取样,产生截断效应造成。当取样时间不为周期信号整数倍时经FFT4项误差是因为LCD屏幕大小有限,分辨力不够,显示时可后其频率分量将泄漏。○能造成观察上的微小误差。

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