音频信号分析系统
黄国栋
（山东建筑大学机电工程学院，山东，济南，250101）
摘要：本系统完成了以通用计算机的为核心的音频信号分析。本系统组成为：被测对象、传感器、信号调理、数据采集、虚拟仪器软件和计算机软件系统平台。被测信号首先经传感器转化为电信号，然后由信号调理器进行去噪、滤波及前级放大等预处理，然后通过集成芯片LPC938进行音频信号的采集和模数转换并将数据通过单片机以串行通信的方式上传到PC机，经具有强大科学计算能力的软件LABVEW分析处理，将分析结果下传到单片机并通过液晶和打印机进行输出，成功实现了对音频信号的频谱分析、功率分析和正弦信号失真度的测量。
关键词：LPC938；数据采集；LABVEW；虚拟仪器；频谱分析；功率分析
1 引 言
随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展,虚拟仪器与硬件电路的结合逐渐被越来越多的人关注研究,更多的仪器制造商开始在自己的仪器上加装更为人性化的人机交换界面。音频信号的分析是语音通信、语音识别等技术的前提与基础。对音频信号进行分析，得到它的时域、频域，功率谱有极其重要的现实意义。
2系统总体设计
本音频信号分析系统以LPC938单片机为核心，声音模拟信号通过LM358进行信号放大，利用LPC938自带的A/D转换功能实现模拟数字信号的转换，由单片机通过串行口通信的方式将数字音频信号传给PC机,通过PC机显示音频信号并分析结果。利用LabVIEW强大的科学计算能力，对采集到的信号进行了自相关和互相关分析，并对确知信号和随机信号进行了频谱分析和功率谱分析。并将分析结果下传51单片机，由液晶显示、打印机打印。具体的单元电路包括：滤波电路，信号放大电路，A/D转换电路，LabV IEW的信号分析与处理，液晶显示并打印分析结果。


图1音频信号分析系统原理图
3 方案选择
3.1控制芯片的选择
应用LPC938。P89LPC938 是一款单片封装的微控制器，适合于要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2--4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。8KB可擦除FLASH程序存储器，具有1KB扇区和64字节页。256字节RAM数据存储器和一个512字节附加片内RAM,以及512字节片内用户数据EEPROM存储区。并包含8输入多路10位A/D转换器，转换精度高，运算速度快。
3.2滤波模块设计
采用话路滤波。话路滤波是由一个截至频率为WH的二阶低通滤波器和一个截至频率为WL二阶高通滤波器组合而成，其通带范围为W