音頻信號經(jīng)過一個由運放和電阻組成的50 Ohm阻抗匹配網(wǎng)絡后，經(jīng)由量程控制模塊進行處理，若是一般的100mV-5V的電壓，我們選擇直通，也就是說信號沒有衰減或者放大，但是若信號太小，12位的A/D轉換器在2.5V參考電壓的條件下的最小分辨力為1mV左右，所以如果選擇直通的話其離散化處理的誤差將會很大，所以若是采集到信號后發(fā)現(xiàn)其值太小，在20mV-250mV之間的話，我們可以將其認定為小信號，從而選擇信號經(jīng)過20倍增益的放大器后再進行A/D采樣。

電源系統(tǒng)設計

經(jīng)過12位A/D轉換器ADS7819轉換后的數(shù)字信號經(jīng)由32位MCU進行FFT變換和處理，分析其頻譜特性和各個頻率點的功率值，然后將這些值送由Atmega16進行顯示。信號由32 位MCU分析后判斷其周期性，然后由Atmegal6進行測量，然后進行顯示。

單元電路設計

前級阻抗匹配和放大電路設計

信號輸入后通過R5，R6兩個100Ohm的電阻和一個高精度儀表運放AD620實現(xiàn)跟隨作用，由于理想運放的輸入阻抗為無窮大，所以輸入阻抗即為：R5//R6=50Ohm，阻抗匹配后的通過繼電器控制是對信號直接送給AD轉換還是放大20倍后再進行AD轉換。在這道題目里，需要檢測各頻率分量及其功率，并且要測量正弦信號的失真度，這就要求在對小信號進行放大時，要盡可能少的引入信號的放大失真。正弦信號的理論計算失真度為零，對引入的信號失真非常靈敏，所以對信號的放大，運放的選擇是個重點。我們選擇的運放是TI公司的低噪聲、低失真的儀表放大器INA217，其失真度在頻率為1KHz，增益為20dB(100倍放大)時僅為0.004%，其內(nèi)部原理圖如下圖所示。

AD轉換及控制模塊電路設計

采用12位AD轉換器ADS7819進行轉換，將轉換的數(shù)據(jù)送32位控制器進行處理。

前級放大和AD轉換

Atmega16控制板

本音頻信號分析儀由32位MCU為主控制器，通過AD轉換，對音頻信號進行采樣，把連續(xù)信號離散化，然后通過FFT快速傅氏變換運算，在時域和頻域對音頻信號各個頻率分量以及功率等指標進行分析和處理，然后通過高分辨率的LCD對信號的頻譜進行顯示。該系統(tǒng)能夠精確測量的音頻信號頻率范圍為20Hz-10KHz，其幅度范圍為5mVpp-5Vpp，分辨力分為20Hz和100Hz兩檔。測量功率精確度高達1%，并且能夠準確的測量周期信號的周期，是理想的音頻信號分析儀的解決方案。