音頻信號分析儀的設計與實現

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現，由于以前在實驗室所了解到的知識和經驗知，音頻信號分析儀可以達到該期望。其主要利用頻譜分析原理，而對所測的結果進行波形顯示則需要借助于顯示儀器LED。SPCE061A擔任本設計的運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實。還包括可以實現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。

關鍵詞：FFT；LCD顯示；頻率；功率譜；SPCE061A

1 緒論

音頻是一種至關重要的媒體，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。除了這些區域以外，還在其他的領域也有劃分。信號各種性能的測試也可以用音頻信號分析儀得以實現。信號電壓、頻率、信噪比、諧波失真等基本參數都包含于音頻測量[1-2]。這幾種基本參數能夠形成大多數的音頻參數。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中都不能夠被應用

2 器件選擇與總體布局

2.1 運算核心的選擇SPCE061A

普通的單片機類型，自身的性能太過大眾，以存儲高和速率大關鍵點的需求都不能夠被滿足。我毫不猶豫地選擇SPCE061A，由于在該設計方案中我們會將信號由連續變為離散，我們稱為數字信號。恰好，該型號的單片機對數字信號實行高速度，高準確率的處理是輕而易舉的，這也是它能夠和該設計相互融合的主要理由。

2.2RAM的選擇

在該主要芯片這一運算核心已經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現這一功能呢？由下面可知：

該芯片本身材質低廉，相當經濟并且解決程序水平相當高?？梢詫⑿枰獌π畹哪繕宋飳嵭懈咚?，確切地存儲。

2.3 模數轉換的選擇

AD轉換翻譯為較為易懂的術語就是模數轉換。數字信號是離散的，而離散信號又可以由連續信號經過數字化得到，其中需要的儀器就是模數轉換器，如何對器件進行選擇呢？。對策是多樣的。原因在于實現模數轉換，運算核心自身便游刃有余。為了更好地對信號實施檢測，擇優選擇器件我們毅然決然。從降低對目標信號的擾亂，提高實驗的精度和準確度以及節省資金方面來說都是明智之舉。綜上，直接利用SPCE061A芯片來達到模數轉換的目的。

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：

由于LED的工作原理有動態顯示和靜態顯示之分，因此在程序編寫上面比較麻煩，且需要用相當多的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，同時抑制由于其他外界因素對于目標信號所造成擾亂的能力也很強。且目前已經有多種LCD顯示模塊，并且顯示字符相當豐富，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 系統電路設計

3.1 SPCE061A芯片

SPCE061A芯片相異于一般的單片機芯片，確切地來說是具有更多的優點。主要在于它是享有十六位結構的微控制器。再者，生產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出來的，在功能上具有先進性和全面性。它可以完成對于離散信號快速高效地處理。在該實驗中具有以下作用：

中央處理器：R1，R2，R3，R4構成通用寄存器，除此以外，還有很多英文字母表達式，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數器，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成了該儀器內部具有的八個寄存器不僅如此，MR則與它們不同，作為目標寄存器使用也是它的功能之一，能夠進行包括乘法運算和內積運算的算數運算

SPCE061A單片機最小系統如圖。最小系統包含很多個部分，其中包括晶振電路，即能夠給出一個標準的頻率。晶振電路是并不是唯一的組成部分，除此以外單片機當然也是有的。在某些場合下，復位電路和這兩部分以及其他的部分相互協調，共同組成最小系統如圖3-1所示：

3.2 預處理電路

預處理的兩個重要指標

（1）：短時能量序列反映了語音振幅或能量隨著時間緩慢變化的規律

（2）：過零率。

，其中變量n從正無窮到負無窮取值。進行端點檢測有很多好處，在眾多的有利結果中，其中能夠實現對語音的剛開始的最后的部分自動檢測，這一點是最為重要的。

3.3RS—232通信電路的設計

關于RS232

RS-232標準接口很多的優點，但是同時也存在很多的不足：數據被傳輸的速度特別慢；并且只能近距離傳輸；在相接處大多數信號聚集在該處，會擾亂原來的存在狀態。被傳輸的距離越短，擾亂的程度越不嚴重，反之也成立。其在通信行業的地位越來越高。

參考文獻

[1] 張家田，封川川，嚴正國.基于DSP的音頻信號分析儀設計[J]西安石油大學學報，2009， 24（1）：85-87

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

[3] 劉曉東，李淑波，施艷艷.SPR4096存儲器的并行擴展設計與應用 [J].自動化與儀器儀表.2007， （131）： 15-18

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