基于ARM單片機(jī)LPC2148的音頻分析儀設(shè)計(jì)

1、基于arm單片機(jī)lpc2148的音頻分析儀設(shè)計(jì)隨著微和信息技術(shù)的迅速進(jìn)展，以為代表的數(shù)字技術(shù)進(jìn)展日新月異。單片機(jī)因?yàn)榫哂畜w積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈便、微型化和用法便利等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。實(shí)際上，通過(guò)采納單片機(jī)來(lái)舉行控制，可以實(shí)現(xiàn)儀器儀表的數(shù)字化、智能化和微型化。本文通過(guò)對(duì)照挑選采納了lpc2148芯片解決計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻分析儀的設(shè)計(jì)。1 系統(tǒng)分析與挑選11 信號(hào)處理原理分析在對(duì)音頻信號(hào)舉行分析的過(guò)程中，本文采納了迅速傅立葉變換fft算法，即首先對(duì)音頻信號(hào)舉行離散化處理，然后舉行fft運(yùn)算，求出信號(hào)各個(gè)離散頻率點(diǎn)的功

2、率數(shù)值，并得到離散化的功率譜，最后在頻域計(jì)算被測(cè)音頻信號(hào)的總功率。12 系統(tǒng)的挑選在處理器的挑選上，通?？梢蕴暨x8位、16位或者是32位的。但是，因?yàn)樵谔幚硇盘?hào)的過(guò)程中，通常會(huì)用到迅速傅立葉變換fff算法，所以需要舉行大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，而且一個(gè)浮點(diǎn)要占用四個(gè)字節(jié)，故在處理過(guò)程要占用大量的內(nèi)存，同時(shí)浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)光也很慢，所以采納一般的8位mcu和16位mcu普通難以在一定的時(shí)光內(nèi)完成運(yùn)算。綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)存的大小以及運(yùn)算速度，本系統(tǒng)選用philips公司的32位單片機(jī)lpc2148。該芯片具有32 kb的ram，而時(shí)鐘頻率高達(dá)60 mhz，所以，對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算，不論是在速度上，還是在內(nèi)存上都能夠很快的處

3、理。在信號(hào)采樣方式上，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所選用的32位mcu芯片lpc2148是60 mhz的單命令周期處理器，定時(shí)精度為167 ns，可以實(shí)現(xiàn)4096 khz的采樣率，而且控制便利，成本廉價(jià)，所以，本設(shè)計(jì)由mcu舉行挺直采樣，而不采納dds芯片協(xié)作fifo對(duì)信號(hào)舉行采集。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21 總體設(shè)計(jì)在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，音頻信號(hào)的采樣過(guò)程十分關(guān)鍵。當(dāng)音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)由運(yùn)放和組成的匹配網(wǎng)絡(luò)舉行采樣時(shí)，首先要由量程控制模塊對(duì)信號(hào)舉行處理，假如信號(hào)在100 mv5 v的范圍內(nèi)挑選直通，也就是不對(duì)信號(hào)舉行衰減或者放大控制，則可削減誤差。但是，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度太小時(shí)，12位的ad轉(zhuǎn)換器在25 v參考電壓下的最小辨別率為1

4、 mv左右，這時(shí)假如挑選直通，其離散化處理的誤差將會(huì)十分大。因此，當(dāng)采集到信號(hào)后，若發(fā)覺(jué)其強(qiáng)度太小，如在20250 mv之間，這時(shí)就應(yīng)當(dāng)將其認(rèn)定為弱信號(hào)，故應(yīng)對(duì)其經(jīng)過(guò)增益放大之后再舉行ad采樣。經(jīng)過(guò)12位ad轉(zhuǎn)換器ads7819轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)可由32位lpc2148舉行fft變換和處理，以分析其頻譜特性和各個(gè)頻率點(diǎn)的功率值，然后將這些值送到atmega16舉行顯示控制。信號(hào)由32位lpc2148分析后，可推斷其周期性，可由atme-gal6舉行測(cè)量，然后在顯示屏上顯示，其功能框圖1所示。22 放大設(shè)計(jì)當(dāng)信號(hào)輸入后，首先要按照信號(hào)強(qiáng)弱舉行放大處理，圖2所示是其放大電路原理圖。該放大電路通過(guò)r1

5、和r2兩個(gè)電阻和一個(gè)高精度儀表運(yùn)放ad620實(shí)現(xiàn)尾隨功能，并在舉行阻抗匹配后。通過(guò)控制來(lái)打算是將信號(hào)挺直送給ad轉(zhuǎn)換還是放大后再舉行ad轉(zhuǎn)換。因?yàn)樾枰獙?duì)音頻信號(hào)的頻率及其功率舉行檢測(cè)，并且要測(cè)量正弦信號(hào)的失真度，因此要求在對(duì)小信號(hào)舉行放大時(shí)，要盡可能少的引入信號(hào)的放大失真。正弦信號(hào)的理論計(jì)算失真度為0，對(duì)引入的信號(hào)失真十分敏捷，所以，本設(shè)計(jì)挑選了低噪聲、低失真的儀表放大器ina217，以將失真度控制在1 khz頻率之內(nèi)。23 ad轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采納12位ad轉(zhuǎn)換器ads7819來(lái)對(duì)信號(hào)舉行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送往32位控制器舉行處理，其轉(zhuǎn)換電路原理圖3所示。3 軟件設(shè)計(jì)因?yàn)橄到y(tǒng)主控芯片lpc2148的處理速度比較快，所以，軟件設(shè)計(jì)采納來(lái)舉行編程比較容易快捷，其軟件設(shè)計(jì)流程圖4所示。4 結(jié)果分析筆者對(duì)本系統(tǒng)的音頻信號(hào)舉行了測(cè)量，并得到了如表1所列的數(shù)據(jù)。因?yàn)樵囼?yàn)室能夠仿照的音頻信號(hào)惟獨(dú)正弦信號(hào)，所以，試驗(yàn)采納來(lái)產(chǎn)生正弦信號(hào)，然后對(duì)其舉行測(cè)量和誤差分析，按照時(shí)域和頻域的測(cè)量結(jié)果可以發(fā)覺(jué)，其測(cè)量誤差在5的范圍之內(nèi)，且沒(méi)有發(fā)覺(jué)顯然失真，基本可以滿足試驗(yàn)的測(cè)量要求。5 結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)，本系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能電路較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本可以滿足音頻分析的