集成电路技术在近几十年中得到了长足的发展，对采样的要求也越来越高。均匀采样逐渐不能满足对采样的精度和性能的要求，而且非均匀采样具备一些均匀采样所不具备的优势，尤其是良好的抗混叠性能是均匀采用所不能比拟的，因此对它的研究具有非常重要的意义。本文从采样定理展开讨论，推导了对非均匀采样信号频谱分析所需要的离散傅里叶变换公式，简明的证明了公式并对公式的精度进行了分析。使用推导的公式在MATLAB中对非均匀采样信号的频率进行了检测，仿真的结果也证明了此公式可以对非均匀采样信号进行频率检测。分别讨论了均匀采样和非均匀采样，在对比中分析了两种采样方式各自的优势。从时域和频域的角度讨论了非均匀采样的良好的抗混叠性能，同时也发现了非均匀采样对小信号检测的缺点，讨论了关于非均匀采样对小信号检测的可能性。本文在硬件实现方面，详细论述了模块的硬件实现方案，并着重分析了采用现场可编程门阵列（FPGA）技术控制模块的实现方法，分模块实现了非均匀采样系统并在QUARTUSII中进行了仿真验证。最后通过使用IP核实现了基于基-2算法的32点快速傅里叶变换，并与MATLAB的结果进行了对比和分析。