信号频谱分析在通信、信号检测与分析、数字信号处理等工程中应用广泛。随着系统复杂度的增加,对于频谱分析的精确度及实时性等方面也提出了更高的要求。FFT(Fast Fourier Transformation)是实现频谱的一种重要方法,因此设计一种基于FFT算法的实时频谱显示系统在数字信号处理中具有重要作用。课题在分析FFT算法的基础之上,利用基于Vivado的软硬件协同设计方法,以Xilinx公司的Zynq为开发平台,设计并实现了一种可以实时、可靠显示音频频谱的系统。主要工作有:(1)基于Vivado HLS(High Level Synthesis)高层次综合工具设计FFT IP(Intellectual Property Core)。利用HLS工具对使用C语言编写的FFT算法进行仿真和RTL级验证,并对FFT IP在占用资源和处理数据速度方面进行优化,最终生成了一个RTL(Register Transfer Level)级的可以处理实数和复数的FFT IP,可以在Vivado硬件开发中使用。(2)利用Verilog语言设计OLED(Organic Light-Emitting Diode)IP。借助Xilinx提供的IP搭建OLED硬件系统,利用SDK(Software Development Kit)编写OLED驱动程序,将软硬件部分结合起来在Zed Board开发板上验证OLED IP和驱动程序。(3)设计音频驱动程序。驱动是根据Xilinx提供的音频IP和Zed Board开发板外围的音频芯片ADAU1761来进行设计的,使用音频IP搭建测试音频驱动系统,验证设计的音频驱动程序。(4)设计并实现频谱显示系统。利用FFT IP、OLED IP、音频IP以及Xilinx提供的其它IPs搭建音频频谱显示系统,在SDK中编写整体系统的控制程序,在OLED上实时显示频谱。使用HLS生成的FFT IP设计频谱显示系统对单频正弦信号进行频谱处理,并和Xilinx的FFT IP设计的频谱显示系统的结果进行对比,分析两次实验的性能和资源消耗情况。实验结果表明音频信号经过频谱显示系统处理之后,可以在OLED上实时显示音频信号频谱,证明设计的FFT IP是正确的,同时也表明软硬件协同设计方法能够充分利用FPGA的并行处理的能力和软件实现方式的灵活性,为实际应用中提供一种实用的设计方法。