基于FPGA的简易频谱分析仪的设计方案

2009-09-30 19:55:01来源: 武汉大学

  1 引言

  目前,由于频谱分析仪价格昂贵,高等院校只是少数实验室配有频谱仪。但电子信息类教学,如果没有频谱仪辅助观察,学生只能从书本中抽象理解信号特征,严重影响教学实验效果。

  针对这种现状提出一种基于FPGA的简易频谱分析仪设计方案,其优点是成本低,性能指标满足教学实验所要求的检测信号范围。

  2 设计方案

  图1为系统设计总体框图。该系统采用C8051系列单片机中的 C8051F121作为控制器,CvcloneⅢ系列EP3C40F484C8型FPGA为数字信号算法处理单元。系统设计遵循抽样定理,在时域内截取一段适当长度信号,对其信号抽样量化,按照具体的步骤求取信号的频谱,并在LCD上显示信号的频谱,同时提供友好的人机会话功能。该系统最小分辨率为1 Hz,可分析带宽为0~5 MHz的各种信号。

系统设计总体框图

  由于单片机C8051 F121内部集成A/D转换器,能够有效测量自动增益控制AGC压差,计算出对输入信号的放大倍数;另外,该单片机内置高速控制内核和丰富的存储器,使其能够控制整个系统;EP3C40F484C8型FPGA内置丰富的存储器资源,确保该系统具有足够的空间存储采集的点数,完成离散傅里叶变换、数字滤波器、数字混频等信号处理。

  3 理论分析

  3.1 数字下变频FFT

  随着高速A/D转换和DSP技术的发展,数字下变频的快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transform)技术能够有效减少传统FFT技术存在的内存不足。在高中频、高采样率系统中实现信号频谱的高分辨率、低存储量和低运算量,从而极大提高系统的实时性。

  图2为基于数字下变频的FFT技术的实现原理框图。

基于数字下变频的FFT技术的实现原理框图

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关键字:FPGA  频谱分析仪

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0930/article_751.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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