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摘要：根据竞赛题目要求和现有条件的条件，本作品完成了以通用计算机的为核心的音频信号分析仪。本仪器系统组成为：被测对象、传感器、信号调理、数据采集、虚拟仪器软件和计算机软件系统平台。被测信号首先经传感器转化为电信号，然后由信号调理器进行去噪、滤波及前级放大等预处理，然后通过集成芯片进行音频信号的采集和模数转换并将数据通过单片机以串行通信的方式上传到PC机，经具有强大科学计算能力的软件LABVU分析处理，将分析结果下传到单片机并通过液晶和打印机进行输出，成功实现了对音频信号的频谱分析、功率分析和正弦信号失真度的测量。

关键词：信号采集；频谱分析；功率分析；虚拟仪器；正弦信号失真度

系统方案选择与论证

总体设计方案

本作品是以计算机为中心的音频信号分析仪，根据题目设计要求，采集的信号在几十赫兹到十千赫兹范围内，我们尽量利用现有技术与设备，采用转换速度几十微秒的AD转换芯片和通用计算机构成，原理如图1所示。
本音频信号分析仪以LPC938单片机为核心，声音模拟信号通过LM358进行信号放大，利用LPC938自带的A/D转换功能实现模拟数字信号的转换，由单片机通过串行口通信的方式将数字音频信号传给PC机,通过PC机显示音频信号并分析结果。利用LabVIEW强大的科学计算能力，对采集到的信号进行了自相关和互相关分析，并对确知信号和随机信号进行了频谱分析和功率谱分析，实现了音频信号分析仪的设计。并将分析结果下传51单片机，由液晶显示、打印机打印。

系统的硬件设计与实现

系统硬件的基本组成部分

本系统可分为电压信号产生部分、信号转换测量部分和控制部分。具体的单元电路包括：滤波电路，信号放大电路，A/D转换电路，LabV IEW的信号分析与处理，液晶显示并打印分析结果。

主要单元电路的设计

话路滤波电路

一般有源滤波器的设计，是根据所要求的幅频特性，寻找可实现的有理函数进行逼近设计。滤波电路如图2所示，当取R1=R2=8.2K,C1=6800P,C2=680P,r1,r2分别为47k和27k时，得到其频率范围200HZ—100KHZ，其通带增益为8DB。

放大模块设计

图3所示为LM358放大器的放大电路图。通过调节最左端滑动变阻器可实现调零。通过调节R2实现第一级放大，通过调节R3实现第二级放大，总放大倍数为 G=(R2/R1+1)*(R3/R4+1) 使用时从5拐角输入信号即可从1拐角输出放大后的信号。

时钟芯片模块

DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片。它能够提供秒、分、小时、日、月、年包括星期的信息,并且能够自动调整月份和闰年。芯片采用了简单的I2C 三线通信方式,便于节省芯片和与之接口的微处理器引脚。它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域下。其电路图如下：

软件设计

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