音頻信號分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計

　　音頻信號經(jīng)過一個由運放和電阻組成的50 Ohm阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)由量程控制模塊進行處理，若是一般的100mV-5V的電壓，我們選擇直通，也就是說信號沒有衰減或者放大，但是若信號太小，12位的A/D轉(zhuǎn)換器在2.5V參考電壓的條件下的最小分辨力為1mV左右，所以如果選擇直通的話其離散化處理的誤差將會很大，所以若是采集到信號后發(fā)現(xiàn)其值太小，在20mV-250mV之間的話，我們可以將其認定為小信號，從而選擇信號經(jīng)過20倍增益的放大器后再進行A/D采樣。

　　電源系統(tǒng)設(shè)計

　　經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7819轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)由32位MCU進行FFT變換和處理，分析其頻譜特性和各個頻率點的功率值，然后將這些值送由Atmega16進行顯示。信號由32 位MCU分析后判斷其周期性，然后由Atmegal6進行測量，然后進行顯示。

　　單元電路設(shè)計

　　前級阻抗匹配和放大電路設(shè)計

　　信號輸入后通過R5，R6兩個100Ohm的電阻和一個高精度儀表運放AD620實現(xiàn)跟隨作用，由于理想運放的輸入阻抗為無窮大，所以輸入阻抗即為：R5//R6=50Ohm，阻抗匹配后的通過繼電器控制是對信號直接送給AD轉(zhuǎn)換還是放大20倍后再進行AD轉(zhuǎn)換。在這道題目里，需要檢測各頻率分量及其功率，并且要測量正弦信號的失真度，這就要求在對小信號進行放大時，要盡可能少的引入信號的放大失真。正弦信號的理論計算失真度為零，對引入的信號失真非常靈敏，所以對信號的放大，運放的選擇是個重點。我們選擇的運放是TI公司的低噪聲、低失真的儀表放大器INA217，其失真度在頻率為1KHz，增益為20dB（100倍放大）時僅為0.004%，其內(nèi)部原理圖如下圖所示。

　　AD轉(zhuǎn)換及控制模塊電路設(shè)計

　　采用12位AD轉(zhuǎn)換器ADS7819進行轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送32位控制器進行處理。

　　前級放大和AD轉(zhuǎn)換

　　Atmega16控制板

　　本音頻信號分析儀由32位MCU為主控制器，通過AD轉(zhuǎn)換，對音頻信號進行采樣，把連續(xù)信號離散化，然后通過FFT快速傅氏變換運算，在時域和頻域?qū)σ纛l信號各個頻率分量以及功率等指標進行分析和處理，然后通過高分辨率的LCD對信號的頻譜進行顯示。該系統(tǒng)能夠精確測量的音頻信號頻率范圍為20Hz-10KHz，其幅度范圍為5mVpp-5Vpp，分辨力分為20Hz和100Hz兩檔。測量功率精確度高達1%，并且能夠準確的測量周期信號的周期，是理想的音頻信號分析儀的解決方案。