基于STM32F1的频谱分析仪.doc

基于 STM32F1 的频谱分析仪 本设计基于 STM32F1 的频谱分析仪，旨在解决学校实验室中频谱仪昂贵、数量稀少的问题。设计采用 STM32F1 作为控制核心，双色点阵屏为显示器。硬件上由电源管理、通信模块、放大电路、单片机最小系统等组成。算法上采用简洁稳定的快速傅立叶变换作为主要的核心算法，辅以自动增益控制，实现信号从时域到频域的变换。 关键词：频谱分析仪、STM32F1、快速傅立叶变换、FFT、双色点阵屏 1. 系统方案 本设计采用 STM32F1 作为核心处理器，该处理器核架构为 ARM Cortex-M3，具有高性能、低成本、低功耗等特点。主控板包括电源模块、红外通信模块、TDA2822 放大模块等；信号经过放大电路放大之后，由芯片自带的 ADC 将模拟信号转换为数字信号，再由主控芯片对数字信号进行快速傅立叶变换，驱动双色点阵屏显示。 2. 系统硬件设计 本设计采取模块化策略，将各个功能部分开来设计，最后组合起来。电源管理模块使用 LM1117-3.3 作为核心芯片，稳压为 3.3V。信号放大模块使用 TDA2822，输出电容起耦合作用。单片机最小系统主要包括复位电路、晶体振荡器等。 3. 系统软件设计 软件设计上由控制核心 STM32F1 对采样转换得到的数字信号进行处理，计算出各个频率分量的幅值，驱动点阵屏显示。软件流程包括快速傅立叶变换、自动增益控制等。 4. 快速傅立叶变换算法 快速傅立叶变换是数字信号处理的核心算法，采用离散傅里叶变换（DFT）方法。快速傅立叶变换的实质是利用式中的权函数的对称性和周期性，把 N 点 DFT 进行一系列分解和组合，使整个 DFT 的计算过程变成一系列叠代运算过程，减少了运算量。 快速傅立叶变换算法： （1）X（ｎ）=Σx（k）e^(-j2πkn/N) （2）X（ｎ）=Σx（k）W_N^（-kn） （3）W_N=e^(-j2π/N) （4）X（ｎ）=Σx（k）W_N^（-kn）=ΣW_N^（-kn）x（k） （5）X（ｎ）=ΣW_N^（-kn）x（k）=Σ[W_N^（-k）]^n x（k） 快速傅立叶变换算法可以大大减少运算次数，提高工作效率。 本设计基于 STM32F1 的频谱分析仪具有成本低、直观、清晰等特点，可以满足学校实验室的需求，提高教学实验效果。