机械电子初级音频信号分析仪设计论文（七贤文库 外包兼职）
1.总体设计
音频信号经过一个由运放和电阻组成的50Ohm阻抗匹配网络后,经由量程控制模块进行处理,若为100mV-5V的电压,选择直通;另外,由于12位的A/D转换器在2.5V参考电压的条件下的最小分辨力为1mV左右,如果选择直通其离散化处理的误差将会很大,所以若信号太小,选择信号经过放大器后再进行A/D采样。经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号经由32位MCU进行FFT变换和处理,分析其频谱特性和各个频率点的功率,将这些值送由Atmega16进行显示。信号由32位MCU分析后判断其周期性,然后由Atmegal6进行测量显示。
2.单元电路设计
(1)前级阻抗匹配和放大电路设计。信号输入后通过两个100Ohm的电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随作用,阻抗匹配后的继电器控制是对信号直接送给AD转换还是放大后再进行AD转换。
我们选择的运放是TI公司的低噪声、低失真的仪表放大器INA217,其失真度在频率为1KHz,增益为20dB(100倍放大)时仅为0.004%。
(2)AD转换及控制模块电路设计。本设计中采用12位AD转换器ADS7819进行转换,将转换的数据送32位控制器进行处理。
(3)功率谱测量。功率谱测量主要通过对音频信号进行离散化处理,通过FFT运算,求出信号各个离散频率点的功率值,然后得到离散化的功率谱。通过FFT分析出不同的频率点对应的功率后,就可以画出其功率谱,并可以在频域计算其总功率。
四、软件设计
主控制芯片为LPC2148,测量周期为Atmega16实现,由于处理器速度较快,所以采用c语言编程方便简单.软件流程图略。
五、系统测试
1.总功率测量(室温条件下)。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,而我们用现有的一款比较不精确的信号发生器产生信号,然后进行测量,发现误差不大,在+5%以内。我们以音频信号进行测量,由于其实际值无法测量,所以我们只能根据时域和频域以及估计其误差,都在5%以内。
2.单个频率分量测量(室温条件下)。我们首先以理论上单一频率的正弦波为输入信号,在理想状况下,其频谱只在正弦波频率上有值,而由于有干扰,所以在其他频点也有很小的功率。
六、总结
由于系统架构设计合理,功能电路实现较好,系统性能优良、稳定,较好地达到了题目要求的各项指标。该设计主要参考了大学生电子设计大赛一些优秀作品,并且电路图和表格主要参考文献以及从电子信息网上搜寻获得。