利用FFT频谱分析测量频率与幅值

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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
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这里写图片描述
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）。

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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;

endmodule
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