伴随电子与通信技术的发展,数字音频广播、多媒体通信等数字音频处理技术在社会上得到了广泛的应用,对人们生活的影响日益深远。目前,市面上的乐器调音器的实时性和准确性有待提高,且现有的调音器的种类也不多。本文基于FPGA中的Avalon总线技术和快速傅立叶变换算法,设计了一种实时高效的音频频谱分析系统,实现了对音乐信号的频谱分析功能。本文的主要工作和研究内容如下:1.介绍了快速傅立叶变换算法、Nios Ⅱ系统和频谱分析的原理,分析了Avalon总线的接口类型及功能特性。2.系统硬件设计。规划了频谱分析显示系统的功能,给出了系统硬件电路设计方案。采用了 Cyclone ⅣV E系列FPGA芯片的最小系统模块、通过音频信号采集及其编解码模块、频谱显示模块构成了系统的硬件框架。最小系统模块包括电源电路和时钟电路,FPGA配置模块采用的是JTAG配置电路,音频编解码电路包括音频采集电路和AD电路,频谱显示模块采用的是5寸电容触摸屏。3.系统软件设计。根据系统功能给出了软件总体流程图。在Avalon总线的基础上,实现了配置接口时序模块、FFT模块、显示模块等模块的功能,完成了FPGA软件中上级输入信号接收缓存模块、信号的FFT处理和触摸屏显示音频频谱模块的设计。在构造PLL IP核、FIFOIP核、RAMIP核和FFTIP核的基础上,采用Avalon总线搭建了一个Nios Ⅱ系统。4.系统软硬件调试与功能仿真。在完成硬件电路和软件代码编写后,首先对硬件电路模块进行了测试,然后利用Modelsim仿真软件和逻辑分析仪对软件部分进行测试,测试方法是编写测试脚本对接口时序模块、FFT模块、WM8731模块、音频频谱显示模块进行功能仿真,并对测试结果进行了分析。本系统可以实时完成各种音乐信号的采集与分析,克服了传统的调音器功能单一的限制,可以对多种乐器进行调音,大大提高了乐器的音准以及调音器的使用率,具有一定的实用价值。