基于FPGA的简易频谱分析仪_fpga频谱分析仪代码 - CSDN文库

频谱分析仪

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基于基于FPGA的简易频谱分析仪的简易频谱分析仪

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。

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。

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。

3.2 直接数字频率合成器DDS原理

用直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Synthesiz-er)原理实现扫频信号的信号源主要由参考频率源、相位累加器、正弦波

采样点存储RAM、数模转换器及低通滤波器构成。设参考频率源频率为fclk，计数容量为2N的相位累加器(N为相位累加器的

位数)，若频率控制字为M，则DDS系统输出信号的频率为fout=fclk/2N×M，而频率分辨率为△f=fclk/2N。为达到输出频率范围

为5 MHz的要求，考虑到实际低通滤波器性能的限制，fclk为200 MHz，相位累加器的位数为32位。其中高10位用做ROM地址

读波表(1个正弦波周期采样1 024个点)，频率控制字也为32位，这样理论输出频率满足要求。

4 系统硬件设计

4.1 AGC电路

输入信号经高速A/D采样，信号幅度必须满足A/D的采样范围，最高为2-3V，因此该系统设计应加AGC电路。AGC电路采

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评论10

小明斗

2023-07-24

这个文件解释了基于FPGA的频谱分析仪的原理和实现步骤，适合初学者。

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