基于LPC2148的音頻分析儀設計

0 引言
隨著微電子和信息技術的快速發展，以單片機為代表的數字技術發展日新月異。單片機由于具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，而廣泛應用于各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理。事實上，通過采用單片機來進行控制，可以實現儀器儀表的數字化、智能化和微型化。本文通過對比選擇采用了LPC2148芯片解決方案來實現音頻分析儀的設計。

1 系統分析與選擇
1．1 信號處理原理分析
在對音頻信號進行分析的過程中，本文采用了快速傅立葉變換FFT算法，即首先對音頻信號進行離散化處理，然后進行FFT運算，求出信號各個離散頻率點的功率數值，并得到離散化的功率譜，最后在頻域計算被測音頻信號的總功率。
1．2 系統的選擇
在處理器的選擇上，通常可以選擇8位、16位或者是32位的MCU。但是，由于在處理信號的過程中，通常會用到快速傅立葉變換FFF算法，所以需要進行大量的浮點運算，而且一個浮點要占用四個字節，故在處理過程要占用大量的內存，同時浮點運算時間也很慢，所以采用普通的8位MCU和16位MCU一般難以在一定的時間內完成運算。綜合考慮系統內存的大小以及運算速度，本系統選用Philips公司的32位單片機LPC2148。該芯片具有32 KB的RAM，而時鐘頻率高達60 MHz，所以，對于浮點運算，不論是在速度上，還是在內存上都能夠很快的處理。在信號采樣方式上，由于本系統所選用的32位MCU芯片LPC2148是60 MHz的單指令周期處理器，定時精度為16．7 ns，可以實現40．96 kHz的采樣率，而且控制方便，成本便宜，所以，本設計由MCU進行直接采樣，而不采用DDS芯片配合FIFO對信號進行采集。
2 系統設計
2．1 總體設計
在系統總體設計中，音頻信號的采樣過程非常關鍵。當音頻信號經過一個由運放和電阻組成的匹配網絡進行采樣時，首先要由量程控制模塊對信號進行處理，如果信號電壓在100 mV～5 V的范圍內選擇直通，也就是不對信號進行衰減或者放大控制，則可減少誤差。但是，當信號強度太小時，12位的A／D轉換器在2．5 V參考電壓下的最小分辨率為1 mV左右，這時如果選擇直通，其離散化處理的誤差將會非常大。因此，當采集到信號后，若發現其強度太小，如在20～250 mV之間，這時就應該將其認定為弱信號，故應對其經過增益放大器放大之后再進行A／D采樣。