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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 Abstract This 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 目录 一、方案论证与选择 4 1．题目任务要求及相关指标的分析 4 2．方案的比较与选择 4 二、 系统设计和理论分析 4 1．系统总体框图 4 2．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 8 1． 软件设计思想 8 2．软件完成的功能 8 3．软件流程图 8 五、 系统抗干扰措施 9 六、 测试数据与分析 9 1．测试仪器及型号 9 2．测试原理与方法 10 3．测试数据 10 4．数据分析 11 七、 总结分析与结论 11 八、参考文献 12 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 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