基于LPC2148的音频分析仪设计

0 引言
随着微电子和信息技术的快速发展，以单片机为代表的数字技术发展日新月异。单片机由于具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，而广泛应用于各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理。事实上，通过采用单片机来进行控制，可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。本文通过对比选择采用了LPC2148芯片解决方案来实现音频分析仪的设计。

1 系统分析与选择
1．1 信号处理原理分析
在对音频信号进行分析的过程中，本文采用了快速傅立叶变换FFT算法，即首先对音频信号进行离散化处理，然后进行FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率数值，并得到离散化的功率谱，最后在频域计算被测音频信号的总功率。
1．2 系统的选择
在处理器的选择上，通常可以选择8位、16位或者是32位的MCU。但是，由于在处理信号的过程中，通常会用到快速傅立叶变换FFF算法，所以需要进行大量的浮点运算，而且一个浮点要占用四个字节，故在处理过程要占用大量的内存，同时浮点运算时间也很慢，所以采用普通的8位MCU和16位MCU一般难以在一定的时间内完成运算。综合考虑系统内存的大小以及运算速度，本系统选用Philips公司的32位单片机LPC2148。该芯片具有32 KB的RAM，而时钟频率高达60 MHz，所以，对于浮点运算，不论是在速度上，还是在内存上都能够很快的处理。在信号采样方式上，由于本系统所选用的32位MCU芯片LPC2148是60 MHz的单指令周期处理器，定时精度为16．7 ns，可以实现40．96 kHz的采样率，而且控制方便，成本便宜，所以，本设计由MCU进行直接采样，而不采用DDS芯片配合FIFO对信号进行采集。
2 系统设计
2．1 总体设计
在系统总体设计中，音频信号的采样过程非常关键。当音频信号经过一个由运放和电阻组成的匹配网络进行采样时，首先要由量程控制模块对信号进行处理，如果信号电压在100 mV～5 V的范围内选择直通，也就是不对信号进行衰减或者放大控制，则可减少误差。但是，当信号强度太小时，12位的A／D转换器在2．5 V参考电压下的最小分辨率为1 mV左右，这时如果选择直通，其离散化处理的误差将会非常大。因此，当采集到信号后，若发现其强度太小，如在20～250 mV之间，这时就应该将其认定为弱信号，故应对其经过增益放大器放大之后再进行A／D采样。