简易数字显示声音信号采集测量仪3组.doc

1 -简易数字显示声音信号采集测量仪作者：尚勇、陈文辉、郭小虎摘 要本系统基于声级计原理，制作了简易数字显示声音信号采集测量仪，实现了对频率范围为 20Hz～20KHz，声级范围为 0dB～99dB 的声音信号的采集测量系统通过采集模块采集声音信号，然后对信号进行放大、滤波，最后送入控制处理中心进行声级的计算、声音信号频率的测量、特点频率点的存储及显示系统以单片机（AT89S52）作为控制核心，以大规模可编程逻辑器件（FPGA）作为数据处理核心，将两者有机结合，充分发挥了两者的性能本系统硬件设计应用了EDA工具，软件采用模块化的编程思想关键词：声级计 FPGA AbstractThis system which is based on the principle of sound-level meter, has made a simple digital display sound signal gathering and measuring instrument and has realized to gather and measure sound signal that the frequency range is 20Hz ~ 20KHz and the sound-level range is 0dB ~ 99dB. By the gathering module the system gather sound signal, then deal with the enlargement and the filter, finally sends in the control processing center to the compute sound-level, measure the sound signal frequency , store some characteristic frequency point and display. The system takes the mcu (AT89S52) as the control core , and takes the large-scale programmable logical component(FPGA) as the data processing core, which takes the two as organic synthesis and has fully displayed two performance. This system hardware design applied the EDA tool and software has used modular the programming thought.Key word: sound-level meter FPGA - 2 -目录一、方案论证与选择 .........................................................................................................................41．题目任务要求及相关指标的分析 ......................................................................................42．方案的比较与选择 ..............................................................................................................4二、 系统设计和理论分析 ...............................................................................................................41．系统总体框图 ......................................................................................................................42．理论分析与计算 ..................................................................................................................5三、 主要功能电路的设计 ...............................................................................................................5四、 系统软件的设计 .......................................................................................................................81． 软件设计思想 ....................................................................................................................82．软件完成的功能 ..................................................................................................................83．软件流程图 ..........................................................................................................................8五、 系统抗干扰措施 .......................................................................................................................9六、 测试数据与分析 .......................................................................................................................91．测试仪器及型号 ..................................................................................................................92．测试原理与方法 ................................................................................................................103．测试数据 ............................................................................................................................104．数据分析 ............................................................................................................................11七、 总结分析与结论 .....................................................................................................................11八、参考文献 ...................................................................................................................................12- 3 -一、方案论证与选择1．题目任务要求及相关指标的分析题目要求设计并制作一个简易数字显示声音信号采集测量仪。

声音信号的频率范围 20Hz～20KHz，声级测量范围： 0dB～99dB，精确度：0.1dB测量最大声级读数的声音信号的频率,准确度：优于 10-5. 能记录采集到的最大声级读数，并存储 5 个且在预置 10 秒～10 分钟时间内，记录从大到小 10 个声级计出现时间通过分析，我们认为设计的重难点在于声级测量范围和精确度、频率的测量通过仔细的推敲，我们做了如下的方案比较与选择2．方案的比较与选择1) 声源的产生鉴于声源频率和声级的可调，本设计中声源的产生采用可调输出频率的信号源和扬声器构成可调输出频率的信号的产生一般方法有：压控振荡器、锁相环技术、数字直接合成技术方案一：压控振荡器（VCO）其原理框图如图 1－1，此方法可达到很高的频率，且通过锁相环也提高了频率稳定度和精度，但是由于题目要求产生的频率范围大，单个VCO 振荡器无法输出所要求的全部频率段，系统调试和制作很复杂P D L P F V C Of i n f o图 1－1 VCO 产生本振信号原理框图方案二：采用数字锁相频率合成方案基本原理框图如图1－2所示通过锁相环技术利图1－2 锁相频率合成框图用反馈电路使得输出频率与输入频率之间形成恒定的相位差，而改变分频值或参考频率可以实现输出频率的精度，同时稳定度高，也可以达到步进的要求，但难于调试，不易于控制。

方案三：采用数字直接合成(DDFS)技术DDS 的基本原理框图如图 1－3所示其主要组成为：相位累加器、波形存储器、D/A 转换器和低通基本工作原理是：在参考时钟信号的控制下，通过由频率控制字K 控制的相位累加器输出相位码，将存储于波形存储器中的波形量化采样数据值按一定的规律读出，经D/A 转换和低通滤波后输出正弦信号DDS 可以产生高精度与高纯度的频率信号， - 4 -图 1－3 DDS 原理框图鉴于以上分析，本设计采用方案三2) 测频方案一：直接测频法利用频率测量的定义，在确定的闸门时间内，利用计数器记录待测信号通过的周期数，从而计算出待测信号的频率此方案对低频信号测量的精度很低，较适合于高频信号的测量方案二：测周法，即以待测信号为门限，用计数器记录在此门限内的高频标准时钟脉冲数，从而确定待测信号的频率当选定高频时钟脉冲而被测信号频率较低时可以获得很高的精度，而被测信号频率过高时由于测量时间不够会有精度不够的问题，适用于低频信号的测量方案三：相关计数测频法(等精度测频法)这种方法和测周法很相似，不同的是测周法测量时间为被测信号的一个周期，不是固定值，测较高频率时测量时间过短，造成精度不够；而等精度测量法的测量时间并不是被测信号的一个周期，而是人为设定的一段时间。

闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制，测量精度与被测信号频率无关，因而可以保证在整个测量频段内的测量精度保持不变鉴于声源的频率范围为 20Hz～20KHz,本设计将方案二和方案三结合使用，即20Hz～1KHz 采用方案二，1KHz～20KHz 采用方案三二、 系统设计和。