考电压进行比较以确定信号的峰峰值范围，以作为下次采样时放大通道的选择参考控制器通过模拟开关来选择不同的放大通道。峰值保持电路部分采用精密二极管与充电电容进行信号峰值保持。为减小电容漏电流对峰值保持的影响，选择了的电容。每次采样前对读入峰峰值范围并对电容放电以记录下次的峰峰值。输入信号放大通路峰值保持电路混叠滤波我们选择简单易用的管脚可编程滤波芯片来实现，该滤波芯片无需外加外围电路，减少了外界环境对其性能的影响。抗混叠滤波电路图转换转换将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数字量。转换分直接转换型和间接转换型。直接转换型速度快，如并联比较器转换器。间接转换器型速度慢，如双积分型转换器。逐次比较型转换器也属于直接转换型，但要注意进行多次反馈比较，所以速度比并联比较型慢，但比间接型转换器快。转换要经过采样保持和量化与编码两步实现。采样保持电路对输入模拟信号抽取样值，并展宽保持量化是对样值脉冲进行分级，编码是将分级后的信号转换成二进制代码。在对模拟信号采样时，必须满足采样定理采样脉冲的频率不小于输入模拟信号最高频率分量的倍，即。这样才能做到不失真地恢复出原模拟信号。是美国公司推出的种完整的位并行模数转换单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器伏基准电压源时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存三态输出缓冲器。与原有同系列的相比，的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能尤其是高低温稳定性也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。模块电路图数字滤波及核实现方式系列软核处理器是的第二代嵌入式处理器，其性能超过，在中实现仅需美分。特别是，系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元。用户能为系统中使用的每个处理器创建多达个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。在中使用软核处理器如比硬核的优势在于硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术。随着系统日益先进，基于标准处理器的方案会被淘汰，而基于处理器的方案是基于源码构建的，能够修改以满足新的系统需求，避免了被淘汰的命运。将处理器实现为的核，开发者能够完全定制和外设，获得恰好满足需求的处理器。另外，在提供的里面，可以轻松实现语言到语言的转换，在硬件上实现程序的功能，据测试，硬件加速可以提高倍的运算速度。,测试仪器函数信号发生器函数信号发生器计数器模拟函数发生器模拟双踪示波器数字万用表数字万用表支流稳定电源失真度测试仪秒表信号功率测试电路图指标测试结果输入阻抗测量使用分压法测量在系统输入上串联个的精度的电阻，用数字万用表测量精密电阻和系统输入端的电压比值。用函数信号发生器输出的正弦波用数字万用表测得精密电阻两端测得系统输入端电压信号总功率及各频率分量功率测量使用两台函数信号发生器产生两路信号叠加后进行测试，现列出组典型信号测试结果两路输入电压分别为,。信号功率测量结果单位信号总功率最大功率次大功率各频率点功率和各频率功率和与总功率误差理论值本系统测得大电路，使在到的测量范围下，单频率功率及总功率测量误差均控制在以内。方案选择整体方案选择音频分析仪可分为模拟式与数字式两大类。方案以模拟滤波器为基础的模拟式频谱分析仪。有并行滤波法扫描滤波法小外差法等。因为受到模拟滤波器滤性能的限制，此种方法对我们来说实现起来非常困难。方案二以为基础的的数字式频谱分析仪。通过信号的频谱图可以很方便的得到输入信号的各种信息，如功率谱频率分量以及周期性等。外围电路少，实现方便，精度高。所以我们选用方案二作为本音频分析仪的实现方式。计算方式选择方案使用硬件实现。的程序编写难度大，短时内不易实现。方案二在中嵌入处理器，通过软件实现。支持语言编程方式，普通的语言版的稍加改正即可应用到本方案中。用硬件实现的算法太复杂了，因此我们选用方案二。采样电路与芯片选择本设计中要求分析的信号峰峰值范围为，用位进行采样，不能满足题目的精度要求，采用位的芯片，其分辨率可达到相对于信号，满足了题目要求的误差范围。同时其的采样频率也满足本设计中的频率要求。信号调理方案信号输入满偏电压在双极性时为，即峰峰值。方案将输入信号放大倍，以达到的满偏输入，以提高的精度。但若输入信号都比较小时，采样精度就会下降。方案二将前端信号放大调理电路分为几个档，针对不同幅度的信号选择合适的通道进行放大，放大倍数以当前信号中的最大峰值为选择基准。这样在输入信号比较小时可以选择比较大的放大倍数，以提高采样的精度。明显方案优于方案。采样及滤波方案选择方案按照奈奎斯特定律采样，以传统模拟方式滤波。传统模拟方式或有源滤波芯片难以实现很好的频带外衰减。从而使运算结果误差增大。方案二在前进行简单的抗混叠滤波，以比较高的速率采样，然后在中用数字滤波器进行精确滤波。滤波后进行二次采样以减少运算量。切比雪夫型低通滤波器有平坦的通带，等波纹的抑制频带适中的过度频带，非常适合于音频滤波。可以使分析达到很好的精度。方案二外围电路要求少，实现方便，我们采用方案二。信号功率的计算。方案通过测真有效值的方式实现，应用普通的真有效值检测芯片可以方便的测出信号在定时间段内的总功率。但对单个频点处的功率测量无能为力。方案二在用得到信号的频谱后根据帕斯瓦尔定律可以很方便的得到信号各频率分量的功率及信号的总功率。因为本设计中我们可以通过得到信号的频谱，因此方案二最适合本设计。总体方案确定经过以上论证我们确定总体设计方案框图如下图系统整体方案框图设计流程系统具体设计与实现前端可控增益放大电路及增益控制电路针对音频信号的特点以及题目中对精度的要求，我们选用了特别适合音频信号处理的经典运放。峰值保持部分使用普通运放。信号进入后首先经过与欧姆精密电阻并联的跟随器，以满足题目中的欧姆输入阻抗的要求，同时增强带后级带负载的能力。然后经过隔直电容进入后级放大电路。放大电路同时设置了，个放大通道，分别对信号进行不同放大，这样将可测量信号的动态范围扩展到了电路图见图。同时通过峰值保持电路记录个运算周期内的信号峰值，通过与设定的参信号行，这样会导致解线性方程组时出现奇异矩阵，导致解的结果不可靠，这种情况随着样本数的增加而更加明显。因此，这种方法适用于那些给定样本数据具有代表性的问题。而对于输入样本数据具有定冗余性的问题来说，这种方法就不太适用。为此，设计者可以考虑在样本密集的地方中心点可以适当多些，样本稀疏的地方中心点可以少些进步的方法是通过自组织的方法自动找到不同区域样本的代表向量。在这种方法中，旦中心点选定，就而已进步确定基函数的扩展系数。例如高斯函数的宽度可以取式中，是所选数据中心之间的最大距离，是数据中心的数目。自组织学习选取中心及网络设计中心通过自组织学习进行聚类，选取聚类中心作为中心，而输出层的权值可以通过解线性方程组，也可以通过有监督的学习规则计算。自组织学习的目的是使的中心位于样本空间的代表性区域。年，和提出种由两个阶段组成的混合学习过程的思路。第阶段为自组织学习阶段，目的是为隐藏层径向基函数的中心估计个合适的位置，可采用聚类算法确定合适的数据中心，并根据各中心之间的距离确定隐节点的扩展系数第二阶段为监督学习阶段，用有监督学习算法，如梯度法训练网络得出输出层的权值。虽然可以用批处理来执行上述两种学习阶段，但是用自适应迭代的方法更理想。对于自组织学习过程，我们需要个聚类的算法将所给的数据点剖几个不同的部分，每部分中的数据都尽量有相同性质。种这样的算法为均值聚类算法，他将径向基函数的中心放在输入空间中重要数据点所在的区域上。那么，数据中心的均值聚类算法的步骤如下初始化。选择个互不相同向量作为初始聚类中心，选择方法可以是随机选取。计算各样本点与聚类中心点的距离。相似匹配。将全部样本划分为个子集，每个子集构成个以聚类中心为典型代表的聚类域。更新各类的聚类中心。对各聚类域中的样本取均值表示聚类中心。令,转到第步，重复上述过程，对于均值聚类法，直到时停止训练。各聚类中心确定后，可根据各中心之间的距离确定对应径向基函数的扩展系数。，则扩展系数取，为重叠系数。混合学习过程的第二步是用有监督学习算法得到输出层的权值，常采用算法，下节中有所说明。有监督学习选取中心及网络设计关于数据中心的监督学习算法，最般的情况是对输出层各权向量赋小随机数并进行归化处理隐节点函数的中心，扩展系数和输出层权值均采用监督学习算法进行训练，所有参数都经历个误差修正学习过程。以单输出网络为例，采用梯度下降算法。定义目标函数为式中，为训练样本数，为输入第个样本时的误差信号。定义为，式中输出函数忽略了阈值。为使目标函数最小化，各参数修正量应与其负梯度成正比，经推到得计算式为隐单元中心调整函数宽度扩展系数调整输出单元的权值更新上述目标函数是所有训练样本引起的误差的总和，导出的参数修正公式是种批处理式调整。其他方法试验法令扩展参数以增量在定范围,内递增变化，在学习样本中，采用的数据作为训练样本数据，对网络进行训练。然后用训练出的网络对另外为检验样本数据进行预测，最后得出预测值与样本之间的误差矩阵，用式作为评价网络性能考电压进行比较以确定信号的峰峰值范围，以作为下次采样时放大通道的选择参考控制器通过模拟开关来选择不同的放大通道。峰值保持电路部分采用精密二极管与充电电容进行信号峰值保持。为减小电容漏电流对峰值保持的影响，选择了的电容。每次采样前对读入峰峰值范围并对电容放电以记录下次的峰峰值。输入信号放大通路峰值保持电路混叠滤波我们选择简单易用的管脚可编程滤波芯片来实现，该滤波芯片无需外加外围电路，减少了外界环境对其性能的影响。抗混叠滤波电路图转换转换将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数字量。转换分直接转换型和间接转换型。直接转换型速度快，如并联比较器转换器。间接转换器型速度慢，如双积分型转换器。逐次比较型转换器也属于直接转换型，但要注意进行多次反馈比较，所以速度比并联比较型慢，但比间接型转换器快。转换要经过采样保持和量化与编码两步实现。采样保持电路对输入模拟信号抽取样值，并展宽保持量化是对样值脉冲进行分级，编码是将分级后的信号转换成二进制代码。在对模拟信号采样时，必须满足采样定理采样脉冲的频率不小于输入模拟信号最高频率分量的倍，即。这样才能做到不失真地恢复出原模拟信号。是美国公司推出的种完整的位并行模数转换单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器伏基准电压源时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存三态输出缓冲器。与原有同系列的相比，的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能尤其是高低温稳定性也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。模块电路图数字滤波及核实现方式系列软核处理器是的第二代嵌入式处理器，其性能超过，在中实现仅需美分。特别是，系列支持使用专用指令。专用指令是用户增加的硬件模块，它增加了算术逻辑单元。用户能为系统中使用的每个处理器创建多达个专用指令，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。在中使用软核处理器如比硬核的优势在于硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术。随着系统日益先进，基于标准处理器的方案会被淘汰，而基于处理器的方案是基于源码构建的，能够修改以满足新的系统需求，避免了被淘汰的命运。将处理器实现为的核，开发者能够完全定制和外设，获得恰好满足需求的处理器。另外，在提供的里面，可以轻松实现语言到语言的转换，在硬件上实现程序的功能，据测试，硬件加速可以提高倍的运算速度。,测试仪器函数信号发生器函数信号发生器计数器模拟函数发生器模拟双踪示波器数字万用表数字万用表支流稳定电源失真度测试仪秒表信号功率测试电路图指标测试结果输入阻抗测量使用分压法测量在系统输入上串联个的精度的电阻，用数字万用表测量精密电阻和系统输入端的电压比值。用函数信号发生器输出的正弦波用数字万用表测得精密电阻两端测得系统输入端电压信号总功率及各频率分量功率测量使用两台函数信号发生器产生两路信号叠加后进行测试，现列出组典型信号测试结果两路输入电压分别为,。信号功率测量结果单位信号总功率最大功率次大功率各频率点功率和各频率功率和与总功率误差理论值本系统测