利用FFT频谱分析测量频率与幅值

秒速五厘米 2022-05-14 02:20 532阅读 0赞

之前做比赛的时候，发现这篇博客的访问量激增，意识到一丝不妙的感觉，就赶紧删除了，今天补一下。

之前幅值的问题也解决了。是我没把输入信号转成有符号信号送到FFT，而是直接将外部信号送入至FFT，虽然频率是对的，但是幅值就出现了很大的问题。  
将信号转为有符号信号后，经FFT后得到最大值，然后根据AD的位宽，再转成响应的幅值。  
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先放几张仿真图，频谱分辨率分别是1 10 100 1000，输入信号频率是450Hz。我们可以从这几张图中，再次认识到用FFT做频谱分析出现误差的栅栏效应（在我上一篇博客中有详细讲解，当然大多是摘自高西全老师的《数字信号处理》一书）

![这里写图片描述][70]  
![这里写图片描述][70 1]  
![这里写图片描述][70 2]  
![这里写图片描述][70 3]  
利用FFT测频的思路是寻找最大幅值，确定最大幅值的RAM地址，再根据公式和频谱分辨率相称即可。用FFT测量幅值，我虽然没有做出来，可能是太废，但原理还是比较简单的。寻找到最大值后根据缩放因子进行左移或后移，再除于（N/2）。

module  Mre_Fre(
        input                               clk,
        input                               rst_n,
        input               [1:0]           NumKey1,
        input               [9:0]           Data_In,
        input               [9:0]           WrAddr,
        output              [19:0]      Assignment,//幅值
        output              [31:0]      Fre//频率
    
    );
    
    
    reg     [9:0]       Fre_reso;//频率分辨率
    always @  (posedge clk or negedge rst_n)
        if(!rst_n)
            Fre_reso <= 1'b1;
        else
            case(NumKey1)
                2'd0 :
                    Fre_reso <= 1'b1;
                2'd1 :
                    Fre_reso <= 4'd10;
                2'd2 :
                    Fre_reso <= 7'd100;
                2'd3 :
                    Fre_reso <= 10'd1000;
            endcase
    
    
    //状态锁存      
    reg     [9:0]       temp1,temp2,temp3;//寄存器
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        if(!rst_n)
            begin
                temp1 <= 'd0;
                temp2 <= 'd0;
                temp3 <= 'd0;
            end
        else
            begin
                temp1 <= Data_In;
                temp2 <= temp1;
                temp3 <= temp2;
            end
    
    
    
    
    reg     [1:0]           status;//状态
    reg     [9:0]           A;//幅值
    reg     [31:0]      F;//频率
    reg                     Flag;//峰值标志位
    
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        if(!rst_n)
            begin
                status <= 'd0;
                A <= 'd0;
                F <= 'd0;
                Flag <= 'd0;
            end
        else
            case(status)
                2'd0 :
                    if(WrAddr == 10'd1)
                        begin
                            status <= 1'd1;
                            A <= 'd0;
                            F <= 'd0;
                            Flag <= 'd0;
                        end
                    else
                        begin
                            Flag <= 'd0;
                            status <= 'd0;
                        end
                2'd1 :
                    if(WrAddr <= 10'd512)
                        begin
                            status <= 1'd1;
                            if(temp2 - temp1 > 3'd5 && temp2 > temp3)
                                begin
                                    if(temp2 >= A)
                                        begin
                                            F <= WrAddr - 2;//Ram的特性，会有两个地址的延迟。
                                            A <= temp2;
                                        end
                                end
                        end
                    else
                        begin
                            Flag <= 1'b1;
                            status <= 'd2;                      
                        end
                2'd2 :
                    status <= 'd0;
    
            endcase
    
    assign  Fre = Flag ? F*Fre_reso : Fre;
    assign  Assignment = Flag ? A * 2 : Assignment;
    
    /* always @ (posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_` ```` Fre <= 'd0; else if(status == 3'd2) Fre <= F*Fre_reso; else Fre <= Fre; */
    
    
    
    endmodule

[70]: /images/20220514/3b93d1a9a5e44d82b900f051fc272b44.png
[70 1]: /images/20220514/9f430b8718c44643b8cd63e2e64db50e.png
[70 2]: /images/20220514/9c5476b9cd704cd599279fab12d68336.png
[70 3]: /images/20220514/caff449988424d7d84624e7ae63bfff7.png