基于MSP430F6638的信號(hào)采集與分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).doc

信號(hào)采集與分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)?zāi)康氖抢脤?shí)驗(yàn)箱構(gòu)建一個(gè)信號(hào)采集和分析系統(tǒng)。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、 實(shí)驗(yàn)步驟1、鍵盤及LED的設(shè)計(jì)與制作 編寫單片機(jī)程序，控制按鍵，控制燈的亮滅， 測試所有能控制的按鍵和LED 2、液晶屏顯示的設(shè)計(jì)與制作 測試在液晶屏上顯示波形和數(shù)據(jù) 3、以信號(hào)發(fā)生器輸入單頻正弦波，以16個(gè) 指示燈代表16個(gè)單頻點(diǎn)，頻點(diǎn)在200Hz 10kHz任選，信號(hào)發(fā)生器每次產(chǎn)生一種頻點(diǎn) 正弦波，AD采集，對應(yīng)頻點(diǎn)的指示燈會(huì)亮；4、把指示燈顯示頻點(diǎn)改成用液晶顯示 5、液晶屏同時(shí)顯示頻譜和時(shí)域波形四、實(shí)驗(yàn)原理1、AD采樣模塊在這個(gè)模塊中，每過一段時(shí)間，AD采樣器采集一個(gè)數(shù)據(jù)存入數(shù)組中，并將存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓值，通過代碼：collect0t.real = ADC12MEM0*3.0 / 0x03ff;實(shí)現(xiàn)。采集滿N個(gè)值之后，令標(biāo)志變量flag=1，表示一組數(shù)據(jù)采集完畢，進(jìn)入下一模塊，即FFT變換。我們將信號(hào)發(fā)生器輸出的模擬電壓范圍設(shè)定為0V2V ，這是因?yàn)椋喝綦妷褐堤?，?huì)導(dǎo)致結(jié)果波形失真；若出現(xiàn)負(fù)電壓，則因?yàn)锳D模塊不支持負(fù)電壓的采集，結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。2、FFT處理模塊該模塊將采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換，變換后的實(shí)部即為頻譜，用于LCD的頻譜繪制。繪制時(shí)，以各頻點(diǎn)的幅頻值與最大幅頻值的相對大小進(jìn)行繪制；變換后模值最大的頻點(diǎn)對應(yīng)的頻率即為待測頻率，用fre表示，便于屏幕及LED頻率顯示；根據(jù)求得的fre，可求得若干函數(shù)值，用于LCD的時(shí)域波形繪制。3、 LCD液晶屏顯示模塊該模塊用于顯示時(shí)域波形、頻譜、學(xué)號(hào)、所測頻率等內(nèi)容。關(guān)鍵語句：清屏：etft_AreaSet(0,0,239,319,0);/清屏顯示：sprintf(buffer, Frequency: %5d Hz,fre);etft_DisplayString(buffer, 0, 32, 0xFFFF, 0x0000);/顯示頻率同時(shí)，在模塊中加入了延時(shí)語句，使得波形可以保持一定的時(shí)間。時(shí)間到后，LCD會(huì)進(jìn)行刷新，重新顯示波形和數(shù)據(jù)。4、LED燈顯示模塊LED1作為采樣指示燈，ADC模塊每采一次樣閃爍一次，由于采樣頻率極高，但中斷調(diào)用間隔較長，實(shí)際顯示為每次進(jìn)入ADC采樣中斷LED1閃爍一下。使用LED2、LED3、LED4、LED5顯示頻率，標(biāo)號(hào)分別為5.7、4.7、4.6、4.5。受LED燈數(shù)目的限制，當(dāng)用LED顯示頻率時(shí)（二進(jìn)制表示），只能精確到1kHz。如當(dāng)1500=fre2500時(shí)，用2kHz表示，燈顯示為0010；當(dāng)5500=fre6500時(shí)，用6kHz表示，燈顯示為0110，其余類似。通過以上模塊，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：AD模塊采集N個(gè)數(shù)據(jù)后，F(xiàn)FT模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，F(xiàn)FT變換后，實(shí)部為頻譜，用于LCD的頻譜繪制；模值最大的頻點(diǎn)為所求頻率，在LED和LCD上顯示；再求得一些采樣點(diǎn)的函數(shù)值，在LCD上繪制時(shí)域波形。最終，頻率顯示在LED燈和LCD上，波形和頻譜顯示在LCD上。圖像保持一段時(shí)間后，LCD會(huì)進(jìn)行刷新，重新顯示波形和數(shù)據(jù)。附錄：1、 鍵盤及LED的設(shè)計(jì)與制作#include #include #include #include dr_i2c.h#include dr_tft.h#define TEMP_ADDR 0x2A#define TEMP_LOCAL 0x00#define TEMP_REMOTE 0x01#define TEMP_CONFIG1 0x09#define TEMP_CONFIG2 0x0A#define TEMP_NCORR 0x21#define BATT_ADDR 0x55#define BATT_VOLTAGE 0x04#define BATT_CURRENT 0x10#define BATT_SOC 0x1C#define BATT_CAPA 0x0C#define BATT_FLAG 0x06int TEMP_LOCAL_INDEX;int TEMP_REMOTE_INDEX;int BATT_VOLTAGE_INDEX;int BATT_CURRENT_INDEX;int BATT_SOC_INDEX;int BATT_CAPA_INDEX;int BATT_FLAG_INDEX;typedef struct const volatile uint8_t* PxIN; volatile uint8_t* PxOUT; volatile uint8_t* PxDIR; volatile uint8_t* PxREN; volatile uint8_t* PxSEL; GPIO_TypeDef;const GPIO_TypeDef GPIO4 = &P4IN, &P4OUT, &P4DIR, &P4REN, &P4SEL;const GPIO_TypeDef GPIO5 = &P5IN, &P5OUT, &P5DIR, &P5REN, &P5SEL;const GPIO_TypeDef GPIO8 = &P8IN, &P8OUT, &P8DIR, &P8REN, &P8SEL;const GPIO_TypeDef* LED_GPIO5 = &GPIO4, &GPIO4, &GPIO4, &GPIO5, &GPIO8;const uint8_t LED_PORT5 = BIT5, BIT6, BIT7, BIT7, BIT0;void initClock() while(BAKCTL & LOCKIO) / Unlock XT1 pins for operation BAKCTL &= (LOCKIO); UCSCTL6 &= XT1OFF; /啟動(dòng)XT1 P7SEL |= BIT2 + BIT3; /XT2引腳功能選擇 UCSCTL6 &= XT2OFF; /啟動(dòng)XT2 while (SFRIFG1 & OFIFG) /等待XT1、XT2與DCO穩(wěn)定 UCSCTL7 &= (DCOFFG+XT1LFOFFG+XT2OFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; UCSCTL4 = SELA_XT1CLK + SELS_XT2CLK + SELM_XT2CLK; /避免DCO調(diào)整中跑飛 UCSCTL1 = DCORSEL_5; /6000kHz23.7MHz UCSCTL2 = 20000000 / (4000000 / 16); /XT2頻率較高，分頻后作為基準(zhǔn)可獲得更高的精度 UCSCTL3 = SELREF_XT2CLK + FLLREFDIV_16; /XT2進(jìn)行16分頻后作為基準(zhǔn) while (SFRIFG1 & OFIFG) /等待XT1、XT2與DCO穩(wěn)定 UCSCTL7 &= (DCOFFG+XT1LFOFFG+XT2OFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; UCSCTL5 = DIVA_1 + DIVS_1 + DIVM_1; /設(shè)定幾個(gè)CLK的分頻 UCSCTL4 = SELA_XT1CLK + SELS_DCOCLK + SELM_DCOCLK; /設(shè)定幾個(gè)CLK的時(shí)鐘源int main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; initClock(); initI2C(); initTFT(); etft_AreaSet(0,0,319,239,0); int i; for(i=0;iPxDIR |= LED_PORTi; /設(shè)置各LED燈所在端口為輸出方向 P4REN |= 0x1F; /使能按鍵端口上的上下拉電阻 P4OUT |= 0x1F; /上拉狀態(tài) uint8_t last_btn = 0x1F, cur_btn, temp; while(1) int temp1, temp2; char buffer41; cur_btn = P4IN & 0x1F; temp = (cur_btn last_btn) & last_btn; /找出剛向下跳變的按鍵 last_btn = cur_btn; int i; for(i=0;i5;+i) if(temp & (1 PxOUT = LED_PORTi; /翻轉(zhuǎn)對應(yīng)的LED _delay_cycles(3276); /延時(shí)大約100ms temp1=7-i; temp2=5-i; sprintf(buffer, Switch %d LED %d, temp1, temp2); etft_DisplayString(buffer, 0, 0, 0xFFFF, 0x0000); sprintf(buffer, temp %d, temp); etft_DisplayString(buffer, 0, 16, 0xFFFF, 0x0000); _delay_cycles(2000000); 2、信號(hào)采集與顯示#include #include #include #include math.h#include dr_tft.h#define N 256 /FFT點(diǎn)數(shù)#define PI 3olatile long IntDegF;volatile long IntDegC;void initClock() while(BAKCTL & LOCKIO) / Unlock XT1 pins for operation BAKCTL &= (LOCKIO); UCSCTL6 &= XT1OFF; /啟動(dòng)XT1 P7SEL |= BIT2 + BIT3; /XT2引腳功能選擇 UCSCTL6 &= XT2OFF; /啟動(dòng)XT2 while (SFRIFG1 & OFIFG) /等待XT1、XT2與DCO穩(wěn)定 UCSCTL7 &= (DCOFFG+XT1LFOFFG+XT2OFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; UCSCTL4 = SELA_XT1CLK + SELS_XT2CLK + SELM_XT2CLK; /避免DCO調(diào)整中跑飛 UCSCTL1 = DCORSEL_5; /6000kHz23.7MHz UCSCTL2 = 20000000 / (4000000 / 16); /XT2頻率較高，分頻后作為基準(zhǔn)可獲得更高的精度 UCSCTL3 = SELREF_XT2CLK + FLLREFDIV_16; /XT2進(jìn)行16分頻后作為基準(zhǔn) while (SFRIFG1 & OFIFG) /等待XT1、XT2與DCO穩(wěn)定 UCSCTL7 &= (DCOFFG+XT1LFOFFG+XT2OFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; UCSCTL5 = DIVA_1 + DIVS_1 + DIVM_1; /設(shè)定幾個(gè)CLK的分頻 UCSCTL4 = SELA_XT1CLK + SELS_DCOCLK + SELM_DCOCLK; /設(shè)定幾個(gè)CLK的時(shí)鐘源struct compxfloat real,imag;struct compx collectN,collect0N; /AD采集到的值unsigned long fs = 28500; /采樣頻率int i,j,fre;float temp_frc,z;unsigned int t=0,k=0,flag=0,n=0,c=0;/*函數(shù)原型：struct compx EE(struct compx b1,struct compx b2)函數(shù)功能：對兩個(gè)復(fù)數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算輸入?yún)?shù)：兩個(gè)以聯(lián)合體定義的復(fù)數(shù)a,b輸出參數(shù)：a和b的乘積，以聯(lián)合體的形式輸出*/struct compx EE(struct compx a,struct compx b)struct compx c;c.real=a.real*b.real-a.imag*b.imag;c.imag=a.real*b.imag+a.imag*b.real;return(c);/*函數(shù)原型：void FFT(struct compx *xin)函數(shù)功能：對輸入的復(fù)數(shù)組進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）輸入?yún)?shù)：*xin復(fù)數(shù)結(jié)構(gòu)體組的首地址指針，struct型*/void FFT(struct compx *xin) int f,m,nv2,nm1,i,k,l,j=0; struct compx u,w,t;int le,lei,ip; /FFT運(yùn)算核，使用蝶形運(yùn)算完成FFT運(yùn)算nv2=N/2; /變址運(yùn)算，即把自然順序變成倒位序，采用雷德算法 nm1=N-1; for(i=0;inm1;i+) if(ij) /如果ij,即進(jìn)行變址 t=xinj; xinj=xini; xini=t; k=nv2; /求j的下一個(gè)倒位序 while(k=j) /如果k=j,表示j的最高位為1 j=j-k; /把最高位變成0 k=k/2; /k/2，比較次高位，依次類推，逐個(gè)比較，直到某個(gè)位為0 j=j+k; /把0改為1f=N; for(l=1;(f=f/2)!=1;l+) /計(jì)算l的值，即計(jì)算蝶形級(jí)數(shù) ; for(m=1;m=l;m+) / 控制蝶形結(jié)級(jí)數(shù) /m表示第m級(jí)蝶形，l為蝶形級(jí)總數(shù)l=log（2）N le=2(m-1); /le蝶形結(jié)距離，即第m級(jí)蝶形的蝶形結(jié)相距l(xiāng)e點(diǎn) lei=le/2; /同一蝶形結(jié)中參加運(yùn)算的兩點(diǎn)的距離 u.real=1.0; /u為蝶形結(jié)運(yùn)算系數(shù)，初始值為1 u.imag=0.0; w.real=cos(PI/lei); /w為系數(shù)商，即當(dāng)前系數(shù)與前一個(gè)系數(shù)的商 w.imag=-sin(PI/lei); for(j=0;j=lei-1;j+) /控制計(jì)算不同種蝶形結(jié)，即計(jì)算系數(shù)不同的蝶形結(jié) for(i=j;i=N-1;i=i+le) /控制同一蝶形結(jié)運(yùn)算，即計(jì)算系數(shù)相同蝶形結(jié) ip=i+lei; /i，ip分別表示參加蝶形運(yùn)算的兩個(gè)節(jié)點(diǎn) t=EE(xinip,u); /蝶形運(yùn)算，詳見公式 xinip.real=xini.real-t.real; xinip.imag=xini.imag-t.imag; xini.real=xini.real+t.real; xini.imag=xini.imag+t.imag; u=EE(u,w); /改變系數(shù)，進(jìn)行下一個(gè)蝶形運(yùn)算 void main( void )float yN;/ Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; initClock(); initTFT(); REFCTL0 &= REFMSTR; / Reset REFMSTR to hand over control to / ADC12_A ref control registers ADC12CTL0 = 0x0050 ; / Internal ref = 1.5V ADC12CTL1 = ADC12SHP; / enable sample timer ADC12MCTL0 = ADC12INCH_13; / ADC i/p ch A10 = temp sense i/p ADC12IE = 0x001; / ADC_IFG upon conv result-ADCMEMO _delay_cycles(75); / 75us delay to allow Ref to settle ADC12CTL0 |= ADC12ENC; P8DIR |= BIT0; P5DIR |= BIT7; P4DIR |= BIT5+BIT6+BIT7; char buffer81; etft_AreaSet(0,0,239,319,0);/清屏 sprintf(buffer, Name:Zhao Zhenqi); etft_DisplayString(buffer, 0, 0, 0xFFFF, 0x0000); sprintf(buffer, Student Number:22920132203719); etft_DisplayString(buffer, 0, 16, 0xFFFF, 0x0000); while(1) ADC12CTL0 |= ADC12SC; / Sampling and conversion start _bis_SR_register(LPM4_bits + GIE); / LPM0 with interrupts enabled _no_operation(); if(flag=1) /FFT處理模塊 FFT(collect); for(i=0;iN;i+) /求變換后結(jié)果的模值，存入復(fù)數(shù)的實(shí)部部分 collecti.real=sqrt(collecti.real*collecti.real+collecti.imag*collecti.imag); temp_frc=collect1.real; fre=1; for(i=2;itemp_frc)/求出最大幅值對應(yīng)的頻點(diǎn) temp_frc=collecti.real; fre=i; fre=fre*fs/N;/所測頻率 for(i=0;i80;i+) yi=sin(float)i*PI*fre/2/fs); /LCD液晶屏顯示模塊etft_AreaSet(32,0,239,319,0);/清屏 sprintf(buffer, Frequency: %5d Hz,fre); etft_DisplayString(buffer, 0, 32, 0xFFFF, 0x0000); sprintf(buffer,.); for(i=0;i80;i+) etft_DisplayString(buffer,(i)*4,(int)(yi+1)*10+90),0xFFFF,0x0000);/繪制波形 sprintf(buffer,*); for(j=1;j=500&fre=1500&fre=2500&fre=3500&fre=4500&fre=5500&fre=6