一种简易信号频谱检测系统的制作方法

本发明属于信号检测领域，尤其是一种简易信号频谱检测系统。

背景技术：

21世纪是一个信息爆炸的时代，在面对如此多的信息时，如何对信息进行分析、加工就显得非常重要。同样的，在数字信号的分析中也需要对信号进行加工，fft(fastfouriertransformation，离散傅氏变换的快速算法)就是其中一种很重要的加工方式。由于在对信号进行时域分析时，无法获得所有的信息，因此我们需要对信号进行频域分析，以便于得到所有的信息。

在当今科技高速发展的情况下，数字信号处理领域涌入了大量的人才，推动了数字信号处理技术在例如通信、工业、军事等领域中广泛的使用。虽然这些领域各不相同、形式多样，但不可避免的都要去解决信号频谱分析的问题。例如在航海时避免不了要检测海底暗礁之类的障碍物，在海底恶劣的环境下检测到的信号中存在各种各样的噪声和杂波，此时频谱分析能帮船员根据频谱特征更快速的筛选出有用信息判断出障碍物的位置。

所以，无论是在军事民事还是教学科研领域中运用频谱分析的方法去处理分析数据都有着非常重要的作用。随着时代的进步，人们需要处理的数据量越来越大，对数据处理系统的实时性要求也越来越高，快速频谱分析也变得越来越重要。

技术实现要素：

为了降低使用成本并且提高便携程度，同时最大限度的保持仪器的性能，本发明提供一种简易信号频谱检测系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种简易信号频谱检测系统，它包括放大模块、ad采样模块、mcu控制和处理模块、数据缓存模块、液晶显示模块、稳压模块和时钟模块，放大模块、ad采样模块和数据缓存模块依次相连，ad采样模块、数据缓存模块和液晶显示模块分别与mcu控制和处理模块相连，ad采样模块对经过放大模块后的输入信号进行ad采样，采样后的数据暂存在数据缓存模块待mcu控制和处理模块读取，经过mcu控制和处理模块处理后的输入信号频谱的图形和数值由液晶显示模块显示出来；稳压模块和时钟模块分别与ad采样模块相连，时钟模块与数据缓存模块相连，稳压模块为ad采样模块提供基准电压，时钟模块为ad采样模块提供采样频率。

进一步地，放大模块通过输入端的滑阻来调整放大倍数，且通过分压电阻耦合2.5v的直流电压信号到输入信号。

进一步地，ad采样模块包括外部基准电压和内部基准电压两种连接方式，其中内部基准电压为标准2v，外部基准电压由人员按需求连接。

进一步地，数据缓存模块由mcu控制和处理单模块检测存储容量，当检测到存储容量半满时自动读取数据。

进一步地，液晶显示模块采用tft屏，通过一个与通用频谱仪相似的界面显示频谱信号。

有益效果：

1.本发明通过ad采样模块采集经过放大后的输入信号并存入数据缓存模块，mcu控制和处理模块实时检测数据缓存模块是否半满，当数据缓存模块半满时，mcu控制和处理模块读取数据且ad采样模块停止采集，最后将经过mcu控制和处理模块处理后的输入信号频谱的图形和数值通过液晶显示模块显示出来；本发明使用方便快捷，最后的显示界面优美且具有良好的人机交互功能。

2.本发明价格低廉，比起价格不菲的频谱仪具有非常明显的价格优势；本发明整体体积较小，套上外壳后即可随身携带。

附图说明

图1是本发明的简易信号频谱检测系统的整体框图；

图2是本发明的放大模块一实施例的电路图；

图3是本发明的ad采样模块一实施例的电路图；

图4是本发明的数据缓存模块一实施例的电路图；

图中：1-放大模块、2-ad采样模块、3-mcu控制和处理模块、4-数据缓存模块、5-液晶显示模块、6-稳压模块、7-时钟模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提出一种简易信号频谱检测系统，如图1所示，它包括放大模块1、ad采样模块2、mcu控制和处理模块3、数据缓存模块4、液晶显示模块5、稳压模块6和时钟模块7，放大模块1、ad采样模块2和数据缓存模块4依次相连，ad采样模块2、数据缓存模块4和液晶显示模块5分别与mcu控制和处理模块3相连，稳压模块6和时钟模块7分别与ad采样模块2相连，时钟模块7与数据缓存模块4相连。在本发明中，各模块均为目前市面上的常见模块。

ad采样模块2对经过放大模块1后的输入信号(微弱信号)进行ad采样，采样后的数据暂存在数据缓存模块4待mcu控制和处理模块3读取，经过mcu控制和处理模块3处理后的输入信号频谱的图形和数值由液晶显示模块5显示出来；稳压模块6主要为ad采样模块2提供基准电压，时钟模块7主要为ad采样模块2提供采样频率。

如图2所示，放大模块1在输入信号处与地之间有一个57ω的电阻r5，该电阻r5用来匹配信号源输入阻抗。电阻r3和电阻r4为分压电阻，当两者的电阻阻值相同时，能够在运算放大器u1(opa820)的同向输入端输入2.5v的直流电压。电容c1是隔直流电容，其作用是在直流放大时把运算放大器u1的反相输入端与地隔开，从而让电阻r2接近无穷大，保持直流放大倍数为1。电容c2是耦合电容，由于输入信号中带有2.5v的直流信号，如果不加该耦合电容c2可能会工作不正常甚至烧毁芯片。电阻r2用来调整运算放大器u1的反相输入端的输入交流信号放大倍数。

如图3所示，ad采样模块2包括a/d转换芯片tlc5510a，该芯片的oe端直接接mcu控制和处理模块3的主芯片，当系统开始工作时，由主芯片发出信号使其使能，当数据缓存模块4存满一半时，由主芯片发出信号使其不使能。d1-d8是8位并行数据输出口，将其直接连接到图4的数据缓存器idt7205的8位并行数据输入口。refts和refbs都是内部参考电压引出端，该芯片内部的电压分压器可以产生2v的基准电压，当对采样信号幅度没有太高要求时，可以采用这种连接方式。本发明中要求测量信号幅度尽可能大，因此必须使用外部基准电压连接方式。外部基准电压从reft和refb接入，refb连到模拟地agnd，reft输入稳压模块6输出的4.096v电压，剩下的refbs接到agnd，refts接到vdda。由于输入端有2.5v直流电压的存在，因此经过放大后信号的峰值不能超过1.5v。

由手册可知，a/d转换芯片tlc5510a的最大转换速率是20mhz，由采样定理可知，当fs≥2fh时，才不会出现频谱混叠现象，因此输入的采样信号的频率上限不能超过10mhz。本发明中选定的采样频率为15mhz，因此输入信号的最高频率不能超过7.5mhz。

频率分辨率也是需要考虑的一个问题，频率分辨率是指能将两个相邻谱峰分开的能力。如果采样时间为t，采样点数为n，采样频率为fs，则频率分辨率如下式所示：

本发明中n是1024，因此采样信号的频率分辨率为因此a/d转换芯片tlc5510a的交流输入信号的理论频率范围为15khz-7.5mhz。

如图4所示，数据缓存模块4包括数据缓存器idt7205，该数据存储器有状态满标志位、状态半满标志位和空标志位，可以方便的检测存储情况去触发mcu控制和处理模块3读取数据。

对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。