频谱分析仪在设备的工作状态检测以及故障排查中起着重要的作用,应用已经遍及工业制造、工程设备、国防建设等领域。市场上绝大一部分的频谱分析仪结构繁杂、成本不菲且可测频率范围在100kHz以上,而针对10kHz频率之下的频谱仪少之又少;并且,低频频谱分析仪排查振动故障需现场测量,应具备便携,高性能等特点。Zynq-7000SoC芯片集FPGA和ARM一体化,方便从软硬件部分来实现整个功能。因此,针对机械振动信号分析、故障诊断的需求,研究了一款基于Zynq-7000 SoC的低频频谱分析仪,可测范围为5Hz-5kHz。整个低频频谱仪设计以ADI公司的AD7606作为低频信号的采集前端,以SDK作为软件平台进行系统驱动软件设计。论文首先介绍了低频频谱仪的研究意义与国内外现状,介绍了Zynq-7000 SoC芯片的异构特性,分析了频谱处理中常见的影响精度的因素,就此提出了基于Zynq-7000 SoC的软硬件协同设计方案以及提高精度的方法。就频谱分析方式详细说明了FFT(Fast Fourier Transformation)算法的原理,根据待测信号选了压电式加速度传感器、AD转换芯片,设计了信号调理电路;针对Zynq-7000芯片的结构特性,介绍了AXI4总线协议,提出了软硬件协同设计的核心IP核AXI DMA IP和互联IP,频谱处理中要解决的频谱泄漏问题提出了重叠帧技术,利用FFT IP核完成频谱测量。并详细阐述了软件设计方法以及以太网传输的具体实现方式。结果表明:在5Hz-5kHz频率测量范围内,频率分辨率达到纳赫兹量级。该Zynq的FFT IP测试结果与Matlab仿真基本一致,便于提取信号特征。同时表明软硬件协同设计能够充分利用FPGA的并行处理特点和ARM实现方式的灵活性,为实际应用提供一种优化的设计思路。