基于fpga的数字频谱分析仪

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1、杯陕西省大学生电子设计竞赛目录1.设计概述12.设计目标23.设计思想34.系统结构44.1系统硬件结构框图44.2系统软件结构框图55.系统单元电路的设计55.1ADC采样模块设计55.1.1WM7831芯片简介55.1.2WM8731芯片控制65.1.3ADC单元硬件电路75.2FFT模块的设计95.2.1FFT算法95.2.2FFT算法的FPGA实现整体结构105.3中断的实现115.4液晶显示模块的设计115.4.1方案论证125.4.2方案设计过程125.5VGA显示模块的设计185.5.1VGA显示原理及时序185.5.

2、2方案论证195.5.3方案设计过程205.6音频前置放大器的设计225.7音频输出226.系统实验结果分析236.1分辨率实验236.2频率的测量范围实验246.3Matlab对正弦波进行频谱分析的仿真结果256.4音频信号的相关实验266.5系统运算速度测试266.6实验结果分析266.7系统资源使用情况267.设计特点与不足277.1设计特点277.2设计不足278.设计过程中出现的问题及解决289．总结28参考文献2929杯陕西省大学生电子设计竞赛数字频谱分析仪DigitalSpectrumAnalyzer(陕西科技大学王鹏

3、，李明艳，刘波指导教师：马令坤)摘要：随着科学技术的发展，频谱分析作为近代的信号分析方法在各个学科研究中已经广泛应用，是从事各种电子产品研发、生产、检验的重要依据。高分辨率、宽频带实时的数字频谱分析的方法和实现一直是该领域的研究热点，我们设计了一种基于NIOSII的嵌入式频谱分析仪。充分利用NIOSII强的运算能力和FPGA易于系统集成的特点，实现了硬件开销小、实时性较强和分辨率高的语音频谱分析仪。系统采用硬件控制数据采样，软件进行数据处理，软硬件结合控制双路显示。系统的输入信号频率范围为18Hz～24kHz，在48kHz采样频率下

4、,实现了信号1024点FFT计算，频谱分辨率达到46.875Hz，采用LCD和VGA双路显示。关键词：频谱分析，NIOSII，FFT，SOPC，FPGAAbstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,spectrumanalysisasamodernmethodofanalyzingsignalhasbeenwidelyapplied,anditisanimportantbasisfortesting,electronicproductdevelopmentandproductio

5、n.Thealgorithmandtherealizationofhigh-resolution,real-timebroadbanddigitalspectrumanalysishavebeenafocusinresearch,soaNIOSII-basedembeddedspectrumanalyzerisdesigned.TakingfulladvantageofthestrongcomputingpowerofNIOSIIandeasysystemintegrationfeaturesinFPGA,thesmallhardw

6、arespending,real-timestrongandhigh-resolutionspectrumanalyzerisrealized.Inthesystem,hardwarecontrollerisusedtoacquiredatasampling,softwaretoprocessdata,andcombinehardwareandsoftwaretocontroldual-channeldisplay.Therangeofinputsignalfrequencyis18Hz~24kHz.Withthe48kHzsamp

7、lingfrequency,the1024-pointFFTisrealizedwiththespectrumresolutionof46.875Hz,usingLCDanddualVGAdisplay.Keywords:Spectralanalysis，NIOSII，FFT，SOPC，FPGA1.设计概述频谱分析仪是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，它在生产实践与科学研究中获得了日益广泛的应用，被称为工程师的射频万用表。例如，在声纳系统中，为了寻找海洋水面舰艇或潜艇，需要对噪声信号进行频谱分析，以提取有用信息，判断舰艇运动速

8、度、方向、位置、大小等：又如，对飞机、轮船、汽车、汽轮机、电机、机床等主体或部件进行实际运行的频谱分析，可以提供设计数据和检验设计效果，或者寻找振源和诊断故障，以便及时排除潜在故障因素，保证安全运行等。频谱分析仪主要有两大类，一类是传