一 前沿
前段时间刷视频，无意间看到了一个视频，视频里是一个音频频谱仪，显示屏里的图形会根据频率的不同显示出不同的色彩和不同的幅度，组合起来非常的好看，便想做这么一个，正好借助FastBond活动来做这么一个。
上网查阅了相关的资料，发现音频频谱仪的用处还挺多，比如音频显示仪可以帮助人们实时观察到周围的音频信号，把其频率以听觉的方式显示出来。这对于音乐爱好者、音频工程师来说非常有用。例如，在音乐表演或录音过程中，人们通过观察频率显示仪，可以快速了解正在演奏的音调和频率范围。音频显示仪还可以用于诊断音频设备的故障。当音频系统出现问题时，通过观察频率显示，可以快速定位是否存在频率丢失或异常。这有助于提高故障修复的效率，减少修复时间。而且在很多领域，如音频工程、声学研究和通信领域，对音频信号的分析至关重要。音频显示仪可以帮助人们了解信号的频率分布，有助于深入理解声波、声音的特性以及信号处理过程。
总而言之，设计一款音频显示示仪的理由在于它可以为人们提供实时的、聆听的音频频率信息，帮助解决音频系统故障，加深对音频信号的理解，提供音乐教学辅助工具，并在科研、艺术和通信领域发挥重要作用。无论是在日常生活中欣赏音乐，还是在专业监测领域进行音频分析和，音频显示仪都是一种有用且丰富的创意设备。
二 设计框图及原理介绍
流程图及原理图初步设计都是由Scheme-it网页绘制。
这里是分享链接：
https://www.digikey.cn/schemeit/project/暑期实习2-9c613fb1152a4e48a6bf283bcd574b52
如框图所示，由MCU核心板的TYPE-C接口提供5V电源，分别为LDO和运算放大器供电。LDO稳压至3.3v后为麦克风供电，通过麦克风接受环境声音信号，将其转换为电信号，传出的信号经整流滤波成直流后经音频运算放大器放大处理后，进一步用FFT算法以及去噪算法得出所需声音的音频信号的频谱，并实现在OLED I2C显示屏上实时显示频谱图，同时LED亮。
系统具体分为信号的接收和预处理、信号的傅里叶变换、显示屏显示和LED灯显示等模块，实现了以下功能：
①接收并放大微弱信号；
②对所接收的信号进行去噪以及傅里叶变换；
③在显示屏上实时显示信号频谱；
④检测到有信号时，LED灯亮。
三 所需芯片介绍
- ADS62P19 是采样速率高达 250MSPS 的双通道，11 位，模数转换器 (ADC) 系列的产品成员。 此器件在一个紧凑型 QFN-64 封装内将高动态性能与低功耗组合在了一起。 这个功能性使得此器件非常适合于多载波、宽带宽通信应用。
ADS62P19 具有可被用于在较低满量程输入范围内改进无杂散动态范围 (SFDR) 性能的增益选项。 此器件还包括一个 dc 偏移校正环路，此环路可被用于消除 ADC 偏移。 还提供了双数据速率 (DDR) 低压差分信令 (LVDS) 和并行互补金属氧化物半导体 (CMOS) 数字输出接口。
- 最大采样率：250MSPS
- 11 位分辨率
- 总体功耗：250MSPS 时为 1.25W
- 输出选项：
DDR LVDS 和并行 CMOS
- 可编程增益：
针对信噪比 (SNR) / 无杂散动态范围 (SFDR) 平衡，高达 6dBDC 偏移校正
- 串扰：90dB
- 支持低至400mVPP输入时钟振幅，差分值
- 支持内部和外部基准
- 封装：9mm x 9mm 四方扁平无引线 (QFN)-64 封装
- 虽然此器件包含内部基准，但是删除了传统基准引脚和相关的去耦电容器。 但是，此器件仍可由一个外部基准驱动。 此器件可在工业温度范围（-40°C 至 +85°C）内工作。TI的运算放大器OPA1671
OPA1671 是一款宽带宽、低噪声、低失真音频运算放大器，可提供轨至轨输入和输出操作。该器件可提供低电压噪声、电流噪声和输入电容的完美组合，从而能够在各种音频和工业 应用中提供高性能。OPA1671 的独特内部拓扑可提供极低的失真 (-109dB)，同时仅消耗 940µA 的电源电流。OPA1671 的高带宽 (13MHz) 和高压摆率 (5V/µs) 使该器件成为高增益音频和工业信号调节的绝佳选择。
OPA1671 采用 SC-70 和 SOT-23 封装，可在 –40°C 至 +125°C 的工业温度范围内正常工作。
- 低噪声：
- 频率为 10kHz 时为 4nV/√Hz
- 频率为 1kHz 时为 4.7fA/√Hz
- 低失真：-109dB (0.00035%)
- 宽增益带宽：13MHz
- 轨至轨输入和输出
- 低电源电压运行范围：1.7V 至 5.5V
- 低输入电容
- 差模：6pF
- 共模：2.5pF
- 低输入偏置电流：10pA
- 低功耗电源电流：940µA
- 行业标准封装：SC-70 和 SOT-23
四 产品的功能介绍
这款产品主要功能就是识别声音的频率，但是生活中有很多的杂音，这可能会导致我们测出来的频率不准确，这个时候我们再硬件上进行整流滤波，在程序上加一个滤波和机器学习的代码，通过多次的训练就可以提炼出我们需要的信号频谱。
五 结语
通过这两天的查阅资料，对音频频谱仪的原理了解了一些，希望有机会能参加剩下的部分，努力将成果做出来。
maq江华210
姚佳钰