基于FPGA的信號頻譜分析系統(tǒng)

摘要 利用FPGA實(shí)現(xiàn)了信號的采集與頻譜分析系統(tǒng)，對系統(tǒng)進(jìn)行了模塊劃分，并分別給出了各模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，完成了模擬信號采集模塊、快速傅里葉變換模塊、存儲模塊以及VGA顯示模塊的設(shè)計(jì)。最后對設(shè)計(jì)的各模塊進(jìn)行了功能與時序仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性與可靠性。試驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)信號的采集、頻譜分析與顯示等功能，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞 A／D轉(zhuǎn)換；信號采集；頻譜分析；快速傅里葉變換；FPGA

數(shù)字信號處理技術(shù)飛速發(fā)展，其信號來源往往是模擬信號的A／DC輸出。該頻譜分析系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括對模擬信號進(jìn)行采集，并對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，最后將頻譜分析結(jié)果顯示在VGA上。系統(tǒng)的核心部分采用Altera公司的FPGA芯片CycloneII實(shí)現(xiàn)，采用ADI公司的AD7655來實(shí)現(xiàn)待分析模擬信號的A／D轉(zhuǎn)換。

1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)通過FPGA控制AD7655芯片采集待分析的模擬信號，并對A／D采集所得來的數(shù)字信號進(jìn)行FFT變換，計(jì)算結(jié)束后將結(jié)果放在存儲器中，F(xiàn)PGA以存儲器中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行控制，VGA將信號的頻譜分析結(jié)果以圖形的方式顯示。系統(tǒng)由A／D采集模塊、主控制模塊、FIFO模塊、FFT運(yùn)算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、VGA控制模塊等6個模塊組成。各模塊之間的關(guān)系如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 A／D采集模塊
系統(tǒng)控制模塊在接收到采集使能信號后，便會啟動A／DC來采集原始模擬信號。設(shè)計(jì)采用16位低功耗A／D轉(zhuǎn)換器AD7655對模擬信號進(jìn)行采樣。AD7655有4個通道，1 Mbit·s-1采樣率，輸入模擬信號的范圍為0～5 V。該芯片的時序如圖2所示。