摘 要

音频信号的分析是其它众多语音技术实现的基础，在诸多领域中发挥着重要的作用。但传统的音频分析体积巨大价格昂贵，随着单片机技术的发展和数字信号理论的完善，开发单片机设计音频信号分析仪既可以使仪器小型化又可以提高设备的精度。

由于DSP芯片在数字信号处理领域的优异性能，本系统选择以DSP芯片为核心元件进行设计。本次制作的音频分析仪主要能实现对语音信号频率，幅度等特征信息的实时记录与显示。系统采由模数转换器对频率为20Hz到20kHz的输入信号进行取样，通过DSP芯片对采用的信号进行FFT处理，并对输入信号的频率与幅值进行实时记录与处理，最后将处理结果传输到显示器上显示。

本次音频分析仪选用了STM32f1038t6开发板进行实物开发，得到的音频分析仪结构简单，使用方便，实现了对输入信号的频率与幅值的显示，达到了预期设计目的。

关键词 ：音频信号分析仪；数字信号处理；FFT；STM32f1038t6

Abstract

The analysis of the audio signal is the foundation of many other voice technology, which plays an important role in many fields. But the traditional analysis of the audio volume is expensive. With the development of single-chip computer technology and the improvement of the theory of digital signal, single-chip design of audio signal analyzer can make the instrument miniaturization and improve the precision of the equipment.

Due to the excellent properties of DSP chip in the field of digital signal processing, the DSP chip was choosed as the system core in the design. The production of audio analyzer mainly realized the voice signal frequency, amplitude characteristics such as real time recording and display of information. This system adopted the direct input sine wave ,which frequency of adc is 20 Hz to 20 KHz sampling the input signal, and then using FFT of signal processing in the DSP chip. The input signal frequency and amplitude of the real-time was recording and processing, and the results was shown on the display finally.

The audio analyzer choosed STM32f1038t6 development board in terms of physical development, finally achieved the input signal frequency and amplitude, completed the expected design purpose. The audio analyzer is easy to use for its simple structure.

Keywords：audio signal analyzer； digital signal processing；FFT；STM32f1038t6

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 音频信号分析仪概况 2

第2章 数字信号处理技术 3

2.1 数字信号处理的发展 3

2.2 数字信号处理相关理论 3

2.2.1 傅里叶变换 4

2.2.2 离散傅里叶变换 4

2.2.3 快速傅里叶变换 6

2.3 DSP芯片 7

2.3.1 DSP芯片基本结构 7

2.3.2 STM32f103c8t6简介 9

第3章 系统硬件设计 11

3.1 系统方案设计 11

3.2 硬件单元电路设计 11

3.2.1 电源电路设计 11

3.2.2 按键电路设计 12

3.2.3 核心电路设计 13

第4章 软件设计 15

4.1 编写程序的语言 15

4.2 A/D采样程序设计 15

4.3 FFT程序设计 15

4.4 显示器程序设计 18

4.5 开发工具介绍 18

4.5.1 keil MDK简介 18

4.5.2 keil软件开发的一般步骤 18

第5章 设计结果分析 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

声音是人类获取信息，互相交流的主要途径之一。虽然声音的传播转瞬即逝，但我们的先辈们早已发明了相应的设备，能对声音进行保存和传播。音频信号分析具有十分重要的现实意义^[1]。之所以这样说，是因为对音频信号的分析是其它语音技术的前提与基础。声音经过录音设备地记录保存，使我们能够听到过去的声音，细微的声音，及其它曾经无法听到的声音。但是在声音中蕴含着丰富的信息，其中有些已经超出了人类所能分辨的极限。人类的智慧就在于人类能够通过工具来完成人类自身所无法做到的事，突破肉体的界限。而音频信号分析仪就是一种专门用来对被测音频信号进行频率、频谱及波形分析的测量工具，是辅助人们进行音频信号处理的系统^[2]。音频信号分析仪作用广泛，可用于电声测量，音频制作，信号分析，语音识别等，而音频分析仪的正确性和准确性就决定了这些功能能否优秀展现。可以说音频信号分析是其它音频技术的基础。

对音频信号的分析包括两个方面，一方面是对时域的分析，是对信号的时域波形进行研究，通常是将待测信号输入音频分析仪，观察仪器输出的时域波型来评定相关设备的性能，比如由于方波信号的突变性与周期性，就可以通过观察方波的输出波形来检查设备的性能。另一方面是对频域的分析，是对信号频域内的频谱进行分析，其方法是通过快速傅里叶变换将信号从时域转换到时域，再分析其特征。

音频信号在被录音设备采集后，实际上就是被转化为一种模拟信号。在现代，人们常将被收集的模拟信号转化为数字信号^[3]。这样做是因为数字信号比起模拟信号有许多优点：