DSP28335设计的音频分析仪

DSP28335设计的音频分析仪
项目研究背景：
我前段时间给本地某公司的玻璃制造企业的一位朋友联络，接到了使用砂轮机切割玻璃棒的声音频谱分析，
设计了几个方案，考虑到用量、综合成本，最终考虑使用DSP28335来做。

现在这段时间在家，正好可以集中精力来进行设计了。

    针对现实中遇到的信号经常是时变的非平稳信号，采用短时傅立叶变换的方
法来分析信号的频谱，能有效克服传统傅立叶变换的不足，分析结果更准确。本
文介绍了傅立叶变换、快速傅立叶变换和短时傅立叶变换的原理，以及短时傅立
叶变换的FFT算法，使得短时傅立叶变换在DSP芯片上实现的速度很快，这为
实时测量信号的频谱提供了可能性。

    本文研究并设计了一种集信号采集、处理和显示为一体的音频信号分析系
统，能够准确测量SOKHz以下的低频信号的频谱。其中，高精度A/D转换器
PCM 1804完成信号采集，其采样频率最高可达到192KHz ;  DSP芯片
TMS320F28335作为本系统的数字信号处理的核心，实现数据处理和相关控制功
能，频谱显示选用的是高清晰度的触摸屏液晶显示屏，界面易于设计，控制简单，
操作灵活。

请问一下，直接使用声卡和声音频谱分析软件不可以吗？

wangjiahao88 发表于 2020-3-1 15:54
请问一下，直接使用声卡和声音频谱分析软件不可以吗？

你说的没错，可以的。而且都是现成的东西，或许更为简单。但是，那个没有二次开发的功能啊！

東南博士 发表于 2020-3-1 15:55
你说的没错，可以的。而且都是现成的东西，或许更为简单。但是，那个没有二次开发的功能啊！ ...

二次开发是什么意思？

wangjiahao88 发表于 2020-3-1 15:55
二次开发是什么意思？

比如说，你需要根据频谱的相位、频率、幅值做一些IO驱动啊！

東南博士 发表于 2020-3-1 15:55
比如说，你需要根据频谱的相位、频率、幅值做一些IO驱动啊！

哦……大概了解了！

    本文介绍了数字信号处理器发展历程、功能特点及其开发环境，详细论述了
系统的设计过程，主要做了以下工作。
①研究并设计了基于DSP的硬件系统，画出了整个系统的硬件电路图，详细说
    明了系统中MCU模块、数据采集模块、电源管理模块和液晶显示模块的设
    计方法。
②设计并开发了软件系统，介绍了软件设计的总体思想，画出了系统的流程图，
    详细说明了FFT运算和频谱显示的实现方法。
    为了验证系统的可行性，做了相关实验，取得了预期的结果。实验证明此系
统能够测量低频信号的频谱并且具有精度高，实时性强的特点。

使用DSP设计FFT之类的需求的设计，是DSP的强项。而且要远远强于其他的M4之类的控制器

goodluck09876 发表于 2020-3-1 15:58
使用DSP设计FFT之类的需求的设计，是DSP的强项。而且要远远强于其他的M4之类的控制器 ...

是的。你说的没错。DSP仍然在数字信号处理技术方面有不可替代的需求。

    频谱分析在生产实践和科学研究中有着广泛的应用。例如，对运行状态下的
设备进行频谱分析，可以提供设计的数据和检验结果，寻找设备的故障原因，保
证设备正常运行。在声纳系统中，对信号进行频谱分析，可以寻找到海洋水面上
船只或潜艇。
    在工业控制、语音处理、机械振动等领域，测量、控制和传输的信号主要以
低频为主，所以对低频信号进行准确、实时、高精度的频谱分析有着重要的意义。
许多工程设计都要对振动频率进行认真分析，如果外界强迫振动的频率与物体的
固有频率相近，可能会引起共振，为了避免共振的发生，这就需要认真研究物体
产生振动频率的范围[(z}。例如电动机的转动会引起台座的受迫振动，如果转动时
产生的作用力的频率与机器某部分的固有频率接近，可能会造成机器的损坏;为
了减少地震过程中的损失，建筑工程师们必须对建筑物的动力学特征，如固有频
率、振型、阻尼等需要认真研究，要避开经常出现的起主导作用的地震频率;为
了弄清楚发动机的活塞在不同运行速度下的性能，科学家们在活塞边缘事先嵌
入一个微型无线电发射机，捕获运行时活塞所受到的各种应力和振动的详细信
息并通过无线电信号发送出来，接着对这些信号进行频谱分析和其它分析就可以
评估活塞性能。

    音频分析仪是分析低频信号频谱的仪器，其实质就是一台频谱分析仪。频谱
分析仪，顾名思义它是测量信号的频率组成成分，以及各频率成分之间的相对强
弱关系的仪器。频谱仪与示波器区别在于示波器测量和显示的是信号的时域信息
而频谱仪则为频域信息，但它们在信号分析领域都有着重要的作用，在实际中得
到了广泛的应用。
    随着电子技术、材料技术和信息处理技术的发展，频谱分析仪在性能指标、
功能和应用等方面也得到了极大的发展。按照测量信号频谱的方式，频谱仪可分
为模拟式与数字式两大类。模拟式频谱仪以模拟滤波器为基础，数字式频谱仪是
以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础。传统的频谱仪大多是模拟式频谱仪，应
用最为成功的是扫描滤波式频谱仪和外差式频谱仪。数字式频谱仪是近些年来，
随着FFT算法的成熟和数字信号处理器的发展而逐渐发展起来的，具有许多不可
取代的优点。现将扫描滤波式频谱仪、外差式频谱仪和基于FFT的数字式频谱仪
作简要介绍。

    扫描滤波式频谱仪原理图如图1.1所示，被测信号首先加至滤波器，经过滤
波器的检波输出后在屏幕上显示出来。这里的滤波器是由一组频率相接的窄带滤
波器构成，窄带滤波器的中心频率由电调信号控制，信号频谱的测量就是通过调
节窄带滤波器的中心频率来实现的。扫描滤波式频谱分析仪的优点是结构简单，
价格低廉。但是它有一个明显的缺陷，如果要提高频率分辨率带宽，则需要增加
滤波器的数目，而制作符合要求的滤波器是比较困难的。另外，它测量信号的频
谱需要依次调节窄带滤波器的中心频率，是一种非实时频谱测量工具。

感谢楼主分享。现在看网上的教程，铺天盖地的都是FFT、傅里叶变换。但是我仍然不明白。希望博士可以科普的清晰一些！

god9987 发表于 2020-3-1 16:02
感谢楼主分享。现在看网上的教程，铺天盖地的都是FFT、傅里叶变换。但是我仍然不明白。希望博士可以科普的 ...

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