基于FPGA的音频信号分析仪：2007年全国大学生电子设计大赛A题

"2007年全国大学生电子设计大赛A题音频信号分析仪是基于Altera Cyclone II系列FPGA的系统，采用Nios II嵌入式处理器软核，替代传统的DSP芯片或高性能单片机，实现了快速傅里叶变换(FFT)为基础的音频信号分析。系统还包含了8阶IIR切比雪夫II型数字低通滤波器，以及12位A/D转换芯片AD1674和自动增益放大电路，确保在宽广的输入电压范围内保持高精度的音频信号测量。" 本系统的核心技术主要涉及以下几个方面： 1. **FPGA（Field-Programmable Gate Array）**：FPGA是一种可编程逻辑器件，用户可以根据需求配置其内部结构。在本设计中，Altera Cyclone II系列FPGA被用作基础平台，提供灵活的硬件资源来实现复杂的数字信号处理任务。 2. **Nios II**：Nios是Altera公司开发的一种嵌入式处理器软核，可以集成在FPGA内部。Nios II在本系统中承担了处理器的角色，用于执行音频信号分析所需的算法和控制逻辑，替代了传统的数字信号处理器(DSP)或高性能微控制器。 3. **FFT（Fast Fourier Transform）**：FFT是将时域信号转换到频域的关键算法，用于分析音频信号的频率成分。通过Nios II处理器，系统能高效地执行FFT，从而得到音频信号的频谱信息。 4. **IIR滤波器**：IIR（无限脉冲响应）滤波器，特别是8阶的切比雪夫II型数字低通滤波器，用于去除噪声和不必要的高频成分，提高信号质量。相比于传统的有源模拟滤波器，IIR滤波器在FPGA内实现具有更高的性能和灵活性。 5. **A/D转换**：12位A/D转换芯片AD1674将模拟音频信号转化为数字信号，供后续的数字信号处理使用。自动增益放大电路则确保了在不同输入信号幅度下，A/D转换的精度和动态范围。 6. **信号分析与测量**：系统能够计算音频信号的总功率、各频率分量的功率，并分析其周期性和失真度。这有助于理解和优化音频信号的质量，例如识别并减少谐波失真等。 此音频信号分析仪的设计结合了FPGA的并行处理能力、嵌入式处理器的灵活性以及高效的信号处理算法，实现了低成本且高精度的音频测量，为音频工程、音响系统设计等领域提供了有力的工具。