基于TMS320F2812便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀

1、基于tms320f2812便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀在測(cè)量領(lǐng)域中稱為頻域中的“”，可見其重要性和寬泛應(yīng)用。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域舉行處理，普通要求用法時(shí)窗技術(shù)，如迅速傅氏變換(fft）、離散傅氏變換(dft)等。假如采樣點(diǎn)為n，挺直dft運(yùn)算需要n2次乘法操作，需用大量運(yùn)算時(shí)光。而fft運(yùn)算可將運(yùn)算削減到（n/2)log2n次乘法，因此，fft成為動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的核心算法。這里提出一種基于tms320f2812的便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)計(jì)劃，以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，利用數(shù)字信號(hào)處理器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力分析所采集的信號(hào)，優(yōu)化動(dòng)態(tài)信號(hào)的fft算法從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各頻率成份和功率譜的計(jì)算分

2、析以及失真度的測(cè)量，其分析結(jié)果在液晶()上顯示。2 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理動(dòng)態(tài)信號(hào)分析辦法有時(shí)域分析法、頻域分析法等。其中頻域法最適合動(dòng)態(tài)信號(hào)分析fft算法。該系統(tǒng)采納fft算法其本質(zhì)是dft的迅速算法。fft算法是將長序列dft按照其對(duì)稱性和周期性分解為短序列的dft之和。n點(diǎn)的dft先分解為2個(gè)n/2點(diǎn)的dft，每個(gè)n2點(diǎn)的dft又分解為n4點(diǎn)的dft。最小變換的點(diǎn)數(shù)即所謂fft的“基數(shù)”。因此，基數(shù)為2的dft最小變換是2點(diǎn)dft(或稱蝶形運(yùn)算)。在基數(shù)為2的n點(diǎn)fft中，設(shè)n=2，則總共可分成m級(jí)運(yùn)算，每級(jí)中有(n2)log2n個(gè)蝶算，則n點(diǎn)fft總共有(n2)log2n個(gè)蝶算，1個(gè)蝶算只需

3、一個(gè)復(fù)數(shù)乘法對(duì)n點(diǎn)fft需計(jì)算(n/2)log2n個(gè)復(fù)數(shù)乘法、(n2)log2n個(gè)復(fù)數(shù)加法。普通來說，fft比dft運(yùn)算量要小得多,n點(diǎn)的fft需做(n2)log2n次乘法運(yùn)算，而n點(diǎn)dft需要做n2次乘法運(yùn)算，由此看來n點(diǎn)dft運(yùn)算量大約是fft的2n/log2n倍，分析動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率成份，首先以采樣頻率fs采樣n點(diǎn)(n=2m)，經(jīng)迅速傅立葉變換得到其頻譜。由譜辨別率f=fsn，假如保持采樣點(diǎn)數(shù)n不變，提高其辨別率(f減小)，必需降低采樣頻率，采樣頻率的降低會(huì)引起譜分析范圍的削減。假如保持fs不變，為提高頻率辨別率，可增強(qiáng)采樣點(diǎn)數(shù)n，由于nt=tp,t=fs-1，惟獨(dú)增強(qiáng)對(duì)信號(hào)的觀看時(shí)光tp，

4、才干增強(qiáng)n。tp和n可以根據(jù)的條件挑選。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的硬件結(jié)構(gòu)圖1所示。被檢測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)以運(yùn)算lm358為核心的調(diào)理電路后送至tms320f2812 內(nèi)部自帶的12位ad轉(zhuǎn)換器采樣后，其數(shù)字輸出信號(hào)送至dsp內(nèi)核處理單元舉行fft處理。經(jīng)過dsp運(yùn)算處理后，實(shí)現(xiàn)各重量頻率值和功率值的計(jì)算，信號(hào)失真度的計(jì)算和周期信號(hào)的檢測(cè)，其分析結(jié)果由屏幕式lcd顯示。鍵盤采納鍵盤查詢方式中斷處理，實(shí)現(xiàn)各種工作模式和顯示界面的切換。3.1 調(diào)理電路在設(shè)計(jì)調(diào)理電路時(shí)，因?yàn)橐獙⒈徊蓸有盘?hào)的幅度調(diào)理到ad轉(zhuǎn)換器所能接收的范圍內(nèi)并濾除高頻噪聲信號(hào)，因此采納級(jí)聯(lián)方式。其中第一級(jí)挑選高精度集成lm3

5、58組成電壓尾隨器，具有隔離作用；而其次級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的比例放大和低通濾波，2所示。圖2中運(yùn)算放大器lm358構(gòu)成反向比例放大電路，ui是經(jīng)第一級(jí)電壓尾隨器隔離后的電壓信號(hào),r1、r3構(gòu)成反向比例電路，將輸入信號(hào)按比例縮小4.7倍，c3、r3構(gòu)成rc低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其電路截止頻率f=1/2r3c3=1/21 k0.01 f=15 923 hz，符合設(shè)計(jì)要求(其信號(hào)頻率范圍010 000 hz)。引腳7和引腳4分離接一只0.1f的瓷片，用于濾除高頻。為了削減失調(diào)，引腳3接r2(其阻值約為r1和r3的并聯(lián))；輸出信號(hào)u0送至第三級(jí)加法電路。第三級(jí)加法電路可將信號(hào)上升0 v以上，滿足ad轉(zhuǎn)換需求(

6、該系統(tǒng)采納tms320f2812內(nèi)部自帶ad轉(zhuǎn)換器)。調(diào)理完成后送至dsp舉行數(shù)字信號(hào)處理。3.2 系統(tǒng)控制單元系統(tǒng)控制單元采納32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器tms320f2812。該器件采納高性能的靜態(tài)技術(shù)，主頻達(dá)150 mhz，使得命令周期縮短6.67 ns，從而提高控制器的實(shí)時(shí)控制能力。其高性能32位cpu，單周期32x32乘法累加運(yùn)算操作特性，能夠完成64位的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)高精度的處理任務(wù)。高效的代碼轉(zhuǎn)換功能(支持c/c+和匯編)并與tms320f24xlf240x程序代碼兼容。片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：片內(nèi)128 k16位的flash，128 k16位rom，18 k16位的saram，1 kx

7、l6位一次可編程的存儲(chǔ)器otp。片上flashrom具有可編程加密特性，便于現(xiàn)場(chǎng)軟件升級(jí)。tms320f2812帶有128位庇護(hù)密碼，防止非法用戶通過jtag接口查看flash/otp/l0/l1的內(nèi)容，拜訪外設(shè)和裝載某些不合法的軟件，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的平安性。a/d轉(zhuǎn)換器有16個(gè)通道，可配置成2個(gè)自立的8通道模塊，便于服務(wù)大事管理器a和大事管理器b。這2個(gè)自立的8通道模塊可級(jí)聯(lián)成一個(gè)16通道的模塊。ad轉(zhuǎn)換器雖具有豐盛的輸入通道和2個(gè)排序器，但惟獨(dú)1個(gè)轉(zhuǎn)換器。2個(gè)8通道模塊自動(dòng)排序轉(zhuǎn)換，通過多路開關(guān)挑選隨意一個(gè)8通道模塊。在級(jí)聯(lián)模式下自動(dòng)排序器作為一個(gè)16通道的排序器。每個(gè)排序器一旦轉(zhuǎn)換完成，就

8、將所挑選通道的值存儲(chǔ)在各自的result寄存器中。自動(dòng)排序允許對(duì)同一通道多次轉(zhuǎn)換，允許用戶用法過采樣算法，相對(duì)傳統(tǒng)單次采樣轉(zhuǎn)換，這將提高結(jié)果的精度。為了獲得規(guī)定的ad轉(zhuǎn)換器精度，須采納正確的線路板布局。為了獲得最佳效果，引腳adcinxx要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字信號(hào)線，可最大程度地消退數(shù)字電路中開關(guān)噪聲與ad轉(zhuǎn)換器輸入之間的耦合；同時(shí)，ad模塊的電源引腳與數(shù)字電源之間需采納適當(dāng)隔離。33 顯示模塊lcdcml2864-10是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及格128x64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可實(shí)現(xiàn)顯示圖形以及84個(gè)漢字(1616點(diǎn)陣)。lcd與dsp的接口電路3所示，因?yàn)閠ms320

9、f2812dsp是低功耗設(shè)計(jì)，全部的數(shù)字輸入都與ttl兼容，全部輸出都是3.3 v cmos電平，不能接收5 v輸入，而顯示模塊lcd接口為5 v的輸入輸出，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需電平轉(zhuǎn)換器sn74alvcl64245。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包括主程序，捕捉中斷服務(wù)子程序，t1的周期中斷服務(wù)子程序、a/d轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序，fft運(yùn)算子程序和lcd顯示子程序。主程序主要完成系統(tǒng)初始化，包括cpu、pie寄存器、pie中斷向量表、lcd液晶屏，a/d轉(zhuǎn)換器初始化等，以及查詢工作模式設(shè)定。按照不同的工作模式進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)子程序，其主程序流程4所示。設(shè)置兩個(gè)斷點(diǎn)，當(dāng)程序執(zhí)行到斷點(diǎn)時(shí)，觀看接收數(shù)據(jù)和顯示圖像。運(yùn)行到第一個(gè)斷點(diǎn)處，a/d采樣完成，此時(shí)可設(shè)置圖像觀看a/d采樣的結(jié)果(即顯示ad_data1數(shù)組)；運(yùn)行到其次個(gè)斷點(diǎn)處，fft變換完成，可設(shè)置圖像觀看fft變換后沒有取模時(shí)的結(jié)果(即顯示ipcb數(shù)組)；繼續(xù)運(yùn)行程序，停止運(yùn)行后，程序會(huì)停在循環(huán)語句處，同樣可設(shè)置圖像觀看取模后的結(jié)果，即顯示mod數(shù)組，圖5從上至下分離為1 024點(diǎn)的ad_datal數(shù)組，ipcb數(shù)組，mod數(shù)組的圖像顯示，其中，橫坐標(biāo)是采樣點(diǎn)數(shù)縱坐標(biāo)是信號(hào)幅度。5 結(jié)論針對(duì)頻譜分析。設(shè)計(jì)基于tms320f2812 dsp動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀并在此基礎(chǔ)上采納一系列數(shù)據(jù)處理措施實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)的fft變換。