基于PIC單片機(jī)的音頻信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)

　　2．2 周期判定

　　音頻信號(hào)的頻率分量不但多，而且不具周期性。測(cè)量周期可以在時(shí)域也可以在頻域，但是由于頻域測(cè)量周期性時(shí)要求某些頻率點(diǎn)具有由規(guī)律的零點(diǎn)或接近零點(diǎn)出現(xiàn)，所以對(duì)于較為復(fù)雜的、頻率分量較多且功率分布較均勻且低的信號(hào)就無(wú)法正確地分析其周期性。因此，對(duì)于信號(hào)的周期性判定，應(yīng)該在對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換之前，直接調(diào)用周期判斷函數(shù)。周期性判定子程序流程圖如圖5所示。

　　2．3 FFT變換

　　由于直接傅里葉變換的計(jì)算量與子樣本點(diǎn)數(shù)N的平方成正比，在N較大時(shí)，計(jì)算量太大，不適合在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。所以最常用基2 FFT算法，其主要思想是將N點(diǎn)直接傅里葉變換分解成多個(gè)較短的直接傅里葉變換，再利用旋轉(zhuǎn)因子的周期性、對(duì)稱性，在很大程度上節(jié)省了系統(tǒng)資源。

　　MPLAB C30 C編譯器內(nèi)部提供了幾乎全部的數(shù)字信號(hào)處理軟件工具，通過(guò)DSPIC30F系列微處理器，只需調(diào)用Microchip公司提供的庫(kù)函數(shù)，即可方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理。對(duì)于基2 FFT變換來(lái)說(shuō)，其軟件流程圖如圖6所示。

　　2．4 特征值提取

　　對(duì)頻域分析起決定作用的量包括采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)。通過(guò)FFT變換，得到離散化的幅度譜X(k)，先將離散化的幅度值平方，再除于子樣本點(diǎn)數(shù)N，就可得到該頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率值(功率=X(k)*X(k)／N)。

　　3 結(jié) 語(yǔ)

　　系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)為：輸入阻抗50 Ω；輸入信號(hào)電壓范圍(峰-峰值)100 mV～5 V；輸入信號(hào)包含的頻率成分范圍為200 Hz～10 kHz；頻率分辨力為100Hz(可正確測(cè)量被測(cè)信號(hào)中，頻差不小于100 Hz的頻率分量的功率值)；輸入信號(hào)的總功率和各頻率分量的功率，檢測(cè)出的各頻率分量的功率之和不小于總功率值的95％；各頻率分量功率測(cè)量的相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于10％，總功率測(cè)量的相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于5％；以5 s周期刷新分析數(shù)據(jù)，信號(hào)各頻率分量應(yīng)按功率大小依次存儲(chǔ)并可回放顯示，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示信號(hào)總功率和至少前兩個(gè)頻率分量的頻率值和功率值，并設(shè)暫停鍵保持顯示的數(shù)據(jù)?；贒SP單片機(jī)技術(shù)的音頻信號(hào)分析具有性能穩(wěn)定、電路簡(jiǎn)單、速度快、成本低、體積小的特點(diǎn)，適用于需要音頻信號(hào)分析的嵌入式系統(tǒng)中，可以在更多領(lǐng)域進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、智能系統(tǒng)的控制等。