简易频谱分析仪[2005年电子大赛二等奖]

文章来源：凌阳科技教育推广中心
作者：国防科技大学 李楠 刘亮 李俊 发布时间：2006-8-29 12:14:43

摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成 数字混频，数字滤波等DSP算法。
SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。
关键字：SPCE061A   简易频谱分析仪

一、方案论证
　　频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较：
　　方案一 ：模拟式频谱分析仪
　　模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

信号源输出频率	10KHz	500KHz	1MHz	5MHz	10MHz	30MHz
准确度	正确	正确	正确	正确	正确	正确

　　5、测试结果分析
　　本系统在10KHz到30MHz的频率范围内，可准确测定待测信号中心频率和识别信号调制类型，示波器图像显示清晰，谱线位置准确，达到预期设计要求。

四、结语
　　本系统利用SPCE061A单片机控制系统的运行和数据处理， 在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP算法，实现了"软件超外差"技术，达到了题目要求的设计指标。但是可以看出，本系统比较复杂，对各个模块的 利用率不是很高，有些模块是可以直接利用的，比如10位的A/D转换器是SPCE061A的现有资源，但是作品中用了一个专门的模块；并且涉及到了 FPGA的设计，虽然值得发扬，实际上却增加了设计的难度，在短短的几天竞赛里面，没有直接利用一些现成的模块实现方便，从而也影响了整个作品的质量。

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