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单片机PLC的音频分析仪设计 [复制链接]

 随着微电子和信息技术的快速发展,以单片机为代表的数字技术发展日新月异。通过采用单片机来进行控制,可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。下面由卓跃教育为您介绍如何通过LPC2148芯片解决方案来实现音频分析仪的设计。
       在对音频信号进行分析的过程中,本文采用了快速傅立叶变换FFT算法,即首先对音频信号进行离散化处理,然后进行FFT运算,求出信号各个离散频率点的功率数值,并得到离散化的功率谱,最后在频域计算被测音频信号的总功率。
       在处理器的选择上,通常可以选择8位、16位或者是32位的MCU。在系统总体设计中,音频信号的采样过程非常关键。当音频信号经过一个由运放和电阻组成的匹配网络进行采样时,首先要由量程控制模块对信号进行处理,如果信号电压在100mV~5V的范围内选择直通,也就是不对信号进行衰减或者放大控制,则可减少误差。但是,当信号强度太小时,12位的A/D转换器在2.5V参考电压下的最小分辨率为1mV左右,这时如果选择直通,其离散化处理的误差将会非常大。因此,当采集到信号后,若发现其强度太小,如在20~250mV之间,这时就应该将其认定为弱信号,故应对其经过增益放大器放大之后再进行A/D采样。
       经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号可由32位LPC2148进行FFT变换和处理,以分析其频谱特性和各个频率点的功率值,然后将这些值送到Atmega16进行显示控制。信号由32位LPC2148分析后,可判断其周期性,可由Atme-gal6进行测量,然后在LCD显示屏上显示。
    放大电路设计
    当信号输入后,首先要根据信号强弱进行放大处理。该放大电路通过R1和R2两个电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随功能,并在进行阻抗匹配后。通过继电器控制来决定是将信号直接送给AD转换还是放大后再进行AD转换。
    基于ARM单片机PLC的音频分析仪设计
    由于需要对音频信号的频率及其功率进行检测,并且要测量正弦信号的失真度,因此要求在对小信号进行放大时,要尽可能少的引入信号的放大失真。正弦信号的理论计算失真度为0,对引入的信号失真非常灵敏,所以,本设计选择了低噪声、低失真的仪表放大器INA217,以将失真度控制在1kHz频率之内。
    AD转换电路设计
    本系统采用12位AD转换器ADS7819来对信号进行转换,并将转换的数据送往32位控制器进行处理。
    软件设计
    由于系统主控芯片LPC2148的处理速度比较快,所以,软件设计采用C语言来进行编程比较简单快捷。
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