測(cè)量?jī)蓚€(gè)疊加信號(hào)的頻率和幅值

本文格式為Word版，下載可任意編輯——測(cè)量?jī)蓚€(gè)疊加信號(hào)的頻率和幅值

測(cè)量?jī)蓚€(gè)疊加信號(hào)的頻率和幅值

摘要

DSP由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性及接口靈活的特點(diǎn)，使得它在電子產(chǎn)品的研制中，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。采用DSP器件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)更是成了當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)融合了DSP的前沿技術(shù)和至今的頻率測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合信號(hào)頻率和其對(duì)應(yīng)幅值的測(cè)量。該設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些外圍電路的設(shè)計(jì)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行疊加、調(diào)理、濾波、檢測(cè)和對(duì)內(nèi)置AD進(jìn)行校正。利用強(qiáng)大的DSP320F2812豐富軟件資源實(shí)現(xiàn)FFT運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)復(fù)合信號(hào)頻率和幅值的測(cè)試.最終通過(guò)DSP與PC機(jī)通信和自行設(shè)計(jì)的頻率測(cè)試串口同時(shí)顯示最終結(jié)果.測(cè)試結(jié)果說(shuō)明我們的設(shè)計(jì)是可行的。

圖4基于2DTI計(jì)算8點(diǎn)信號(hào)的FFT

3.4FFT在TMS320F2812上實(shí)現(xiàn)[4]

FFT算法方法好多，但在定點(diǎn)DSP上實(shí)現(xiàn)都要考慮具體的一些問(wèn)題。首先要確定采樣點(diǎn)數(shù)，由于采樣點(diǎn)數(shù)與頻譜分辯率有直接關(guān)系，采樣率為

fs的N點(diǎn)FFT分辯率為2fs/N。若采樣點(diǎn)N

越小，則很難分辯出頻率相近的信號(hào)頻率；若采樣點(diǎn)N增大，則能提高分辯率，但運(yùn)算量明顯增加。綜合考慮實(shí)時(shí)性和分選取了N等于512點(diǎn)。定點(diǎn)DSP做FFT還要考慮數(shù)據(jù)的溢出，由于采用原址運(yùn)算，還要進(jìn)行特別的存儲(chǔ)區(qū)分

3.4.1FFT實(shí)現(xiàn)中的溢出問(wèn)題

用定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)FFT時(shí)，要防止中間結(jié)果的溢出，方法采用對(duì)中間數(shù)值歸一化。碟形節(jié)可以用下式表示：

kPm?1?Pm?WNQm

kQm?1?Pm?WNQm(9)

mWQm用實(shí)部和虛部蝶形因子可表示為:N?cos(2?m/N)?sin(2?m/N),把Pm和

來(lái)表示

則可得

D[k]?R[k]?jI[k](10)

6

Pm?1?PR?jPI?(QRcos(2?m/N)?QIsin(2?m/N)?j(QIcos(2?m/N)?QRsin(2?m/N))?(PR?QRcos(2?m/N)?QIsin(2?m/N))?j(PI?QIcos(2?m/N)?QRsin(2?m/N));Qm?1?PR?jPI?(QRcos(2?m/N)?QIsin(2?m/N))?j(QIcos(2?m/N)?QRsin(2?m/N))?(PR?QRcos(2?m/N)?QIsin(2?m/N))?j(PI?QIcos(2?m/N)?QRsin(2?m/N));(11)

在用DSP實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了計(jì)算便利，一般都把輸入歸一化都小于1。則下式的最大幅值為:

[5]

為Q31表示，即輸入的實(shí)部和虛部的幅度

1?sin(?/4)?cos(?/4)?2.414(12)

考慮到大多數(shù)狀況下是實(shí)數(shù)序列的FFT，所以其最大幅度不超過(guò)2，這樣可以在每一級(jí)中用2進(jìn)行歸一化。運(yùn)用DSP芯片的移位特性來(lái)實(shí)現(xiàn)2的歸一化。

3.4.2存儲(chǔ)器分區(qū)

存儲(chǔ)區(qū)分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。而程序存儲(chǔ)器進(jìn)行分派，進(jìn)行存放蝶形因子的正弦系數(shù)表、余弦系數(shù)表、程序代碼、復(fù)位向量和中斷向量表；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也進(jìn)行分派，存放變量、指針、原始數(shù)據(jù)、FFT的計(jì)算結(jié)果等。

FFT算法的實(shí)現(xiàn)一般共分四步：

(1)蝶形因子表的生成

在FFT運(yùn)算中,蝶形因子WNm?cos(2?m/N)?sin(2?m/N),直接求正弦和余弦

函數(shù)的計(jì)算量很大,所以在編程時(shí),產(chǎn)生蝶形因子的方法直接影響運(yùn)算速度。一種方法是在每級(jí)運(yùn)算中直接生成；另一種方法是在FFT程序開(kāi)始前預(yù)先計(jì)算好蝶形因子,存放在數(shù)組中,作為蝶形因子表,在程序執(zhí)行過(guò)程中,直接查表得到所需的旋轉(zhuǎn)因子值,這樣使運(yùn)算速度大大提高,其不足之處是占用內(nèi)存較多。權(quán)衡比較后,采用其次種方法。

(2)序列的倒序

DIT-FFT算法的輸入序列的排序看起來(lái)似乎很亂,但細(xì)心分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種倒序是很有規(guī)律的,由于N?2M,所以順序數(shù)可以用二進(jìn)制數(shù)表示(nM?1M?2?nn1n0),M次偶奇時(shí)域抽選過(guò)程

中倒序規(guī)律如圖5所示,第1次按最低位n0的0和1將x(n)按奇偶分解為兩組,第2次又按次低位n1的0和1分別再分組,依此類推,第M次按nM-1位分解,最終所得二進(jìn)制倒序數(shù)如圖5所示?？?/p>

7

以看出,只要將二進(jìn)制數(shù)(

n2n1n0)倒序則得到對(duì)應(yīng)的倒序值(n0n2n1),按這一規(guī)律,用硬件電

路和匯編語(yǔ)言程序產(chǎn)生倒序數(shù)很簡(jiǎn)單。

圖5形成倒序的樹(shù)狀圖（N

?23）

(3)512點(diǎn)的FFT

在數(shù)據(jù)緩存區(qū)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行512點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT。Q15格式的旋轉(zhuǎn)因子sin表和cos表存儲(chǔ)在兩個(gè)分開(kāi)的表中，采用索引表對(duì)旋轉(zhuǎn)因子進(jìn)行尋址。結(jié)果表示為:

D[k]?R[k]?jI[k](13)

其中R[k]和I[k]分別是D[k]的實(shí)部和虛部。

(4)功率譜計(jì)算

將FFT變換好的數(shù)據(jù)依照虛部平方加上實(shí)部平方和，對(duì)得到的和再進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算,即得功率譜?？紤]開(kāi)方運(yùn)算對(duì)數(shù)據(jù)輸出沒(méi)有多大意義，但浪費(fèi)CPU運(yùn)算時(shí)間，所以不開(kāi)方，直接輸出到。3.5FFT在Matlab上的仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合頻率信號(hào)

x(t)?sin(2?*20*10*t)?0.25sin(2?*18*10*t)

（14）

的MATLAB分析如圖6

338

圖6FFT計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)信息

三．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分由以下四部分組成：加法電路、前級(jí)電路、低通濾波電路、峰值檢測(cè)電路、內(nèi)置AD校正波電路、DSP選擇與最小系統(tǒng)、通訊模塊和電源管理模塊，下面分別介紹。

4.1加法電路設(shè)計(jì)

由于要測(cè)試的是兩信號(hào)疊加后頻率，所以要進(jìn)行加法器的設(shè)計(jì)?？紤]到反相加法器比同相加法器性能好，易實(shí)現(xiàn)，我們選擇了TI公司的TI的運(yùn)算放大器OPA227進(jìn)行反相加法器的設(shè)計(jì)，如圖7所示。為了防止運(yùn)放的工作于極限，引入負(fù)反饋R4。

圖7加法器電路

此加法器的輸出為UO??IfRf??(其中要R1/R4R4U1?U2)（15）R1R2/R2//R4?R3，考慮電阻的便利性，取R3?25k，R1?R2?100k，

R4?50k。

9

4.2前級(jí)調(diào)理電路

由于使用的是TMS320F2812片上ADC，其動(dòng)態(tài)輸入范圍為0~3V，只能采樣單極性的信號(hào)，而實(shí)際狀況中為了對(duì)雙極性的信號(hào)進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)分析，模擬部分需要制作一個(gè)前級(jí)調(diào)理電路。此電路分為兩檔增益，前檔采用偏置放大電路的形式，增益為11,后檔采用偏置衰減電路形式，增益為0.5，兩檔電路的直流偏置都為2.5V。通過(guò)微調(diào)縝密可調(diào)電阻器，可確切設(shè)定直流偏置，并可減小失調(diào)電壓等的影響，如圖8所示，我們選用低噪縝密的運(yùn)放TI公司生產(chǎn)的OPA2227P來(lái)實(shí)現(xiàn)，在放大器的輸入端并聯(lián)一縝密可調(diào)的電阻器，可是實(shí)現(xiàn)不同的輸入阻抗。

圖8AD前端調(diào)理電路

4.3低通濾波器(LPF)

為了防止高頻信號(hào)被采樣，在ADC前增加濾波器，考慮到頻譜分析的起因，應(yīng)采用具有帶內(nèi)最大平坦度的巴特沃思濾波器。低通濾波器的設(shè)計(jì)部分采用的是開(kāi)關(guān)電容濾波芯片MAX297。MAX297是8階、橢圓、低通、開(kāi)關(guān)電容濾波器。其拐角頻率范圍O.1HZ～50kHZ，其帶內(nèi)增益平坦，帶外衰減速度很快。其過(guò)渡比為1.5時(shí)可以提供急劇滾降和-80db的衰減帶.有內(nèi)部和外部?jī)煞N時(shí)鐘方式。時(shí)鐘與拐角頻率比為100:1。在時(shí)鐘信號(hào)clk的管腳1處可外接一個(gè)電容實(shí)現(xiàn)截止頻率的選擇：

505fosc?3COSC（16）

10

這樣可根據(jù)MAX297的截止頻率和clk的比值1:50的關(guān)系來(lái)確定截止頻率fc。經(jīng)過(guò)實(shí)現(xiàn)測(cè)試，選擇16pF的電容可實(shí)現(xiàn)40kHZ的截頻。而為了讓MAX297工作穩(wěn)定，在電壓源端進(jìn)行濾波，如圖9所示

圖9低通濾波器

4-4峰值檢測(cè)電路

AD公司的交直流專用轉(zhuǎn)換芯片AD637來(lái)進(jìn)行整流濾波，由于其元件的集成度比較高，所以可有效戰(zhàn)勝小信號(hào)帶來(lái)的誤差。

被測(cè)量信號(hào)大多是交流電壓信號(hào)，假使將其直接送到A/D進(jìn)行處理，會(huì)增大系統(tǒng)誤差。為把系統(tǒng)誤差控制在題目要求的范圍內(nèi)，甚至更好，需要再在AD信號(hào)的輸入級(jí)進(jìn)行了有效的處理。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，在電源為正負(fù)5V供電狀況下，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率不大于2MHz時(shí)，其輸入信號(hào)的電壓有效值在0.7V～4V范圍內(nèi)能保證測(cè)量誤差。AD637的真值-有效值轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如圖10：

圖10峰值檢測(cè)電路圖

11

4.5TMS320F2812內(nèi)部ADC校正電路

TMS320F2812內(nèi)部具有12位的ADC模塊，但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，AD模塊的精度往往不盡如人意，采樣值和實(shí)際值之間的相對(duì)誤差有時(shí)候最大甚至?xí)^(guò)10%，這給實(shí)際的應(yīng)用帶來(lái)了很大的困擾。為了提高DSP2812內(nèi)置ADC的精度和使用效果，對(duì)2812內(nèi)置的ADC進(jìn)行校正，尋常通過(guò)軟件和硬件相協(xié)同進(jìn)行校正。經(jīng)過(guò)時(shí)間測(cè)試證明，其校正后的采樣值和實(shí)際值之間的相對(duì)誤差可不超過(guò)0.3%，精度平均能夠達(dá)到0.2%。

TMS320F2812的ADC轉(zhuǎn)換精度較差的主要原因是采樣過(guò)程中存在增益誤差和偏移誤差，要提高轉(zhuǎn)換精度就必需對(duì)這兩種誤差進(jìn)行補(bǔ)償，AD轉(zhuǎn)換曲線如圖11所示：

圖11AD轉(zhuǎn)換曲線圖

從圖上可以看到，理想的12位ADC轉(zhuǎn)換應(yīng)當(dāng)是沒(méi)有增益誤差和偏移誤差的，因此模擬量輸入X和數(shù)字量輸出Y之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)是：

Y?mi*X（17）

這根理想的轉(zhuǎn)換曲線上有一個(gè)點(diǎn)式固定的也是明確的，就是（3.0，4095），因此我們可以得到理想增益：

mi?4065?13653.0（18）

但是，實(shí)際上2812內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換是存在增益誤差和偏移誤差的，如下圖，假設(shè)實(shí)際增益為ma，實(shí)際偏移量為b，則模擬量輸入與數(shù)字量輸出Y之間的關(guān)系為：

Y?ma*X?b（19）

在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)兩路精準(zhǔn)電源，提供給ADC的任意兩個(gè)輸入通道，例如ADCINA0和ADCINB0，精準(zhǔn)電源的輸入電壓是很簡(jiǎn)單確定的，也就是X1和X2，我們可以通過(guò)讀取ADCINA0和ADCINB0的轉(zhuǎn)換結(jié)果來(lái)獲得Y1和Y2。這樣，根據(jù)式4，就可以得到轉(zhuǎn)換過(guò)程中的實(shí)際增益ma和實(shí)際的偏移量b了：

12

ma?Y2?Y1（20）

X2?X1Y1X2?Y2X1b?（21）

X2?X1

此時(shí)，只要知道數(shù)字量轉(zhuǎn)換結(jié)果Y，就可以得到實(shí)際的輸入量X了。

Y?bX?（22）

ma其硬件校正如圖12所示

圖122812內(nèi)置ADC硬件校正電路圖

4.6DSP選擇與最小系統(tǒng)

最小系統(tǒng)主要包括:外圍控制電路(電源供應(yīng)、時(shí)鐘振蕩電路、芯片復(fù)位電路)，接口擴(kuò)展電路和串口通信電路等。

信號(hào)處理模塊以DSP芯片TMS320F2812為核心。TMS320F2812含有豐富的片上外設(shè)資源，如ADC、事件管理器、PIE、看門(mén)狗、SCI、SPI等[7]。該系統(tǒng)中沒(méi)有使用TMS320F2812片上看門(mén)狗和SPI模塊，而只使用了其片上EV、PIE、GPIO及SCI等模塊，無(wú)需外擴(kuò)ROM。系統(tǒng)中，F(xiàn)2812協(xié)調(diào)著整個(gè)系統(tǒng)各模塊的有序工作及承受著信號(hào)處理的任務(wù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中5V電壓信號(hào)是由外部直流穩(wěn)壓電源提供。而TMS320F2812工作電壓有兩種:內(nèi)核電壓為1.8V，I/O電壓為3.3V。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的TPS767D301是TI公司最新推出的雙路低壓差電源

13

調(diào)整器TPS767D301,該芯片的輸入電壓為5V，它的輸出電壓分別為3.3V和可調(diào)電壓值（1.8V），每路電源的最大輸出電流為750mA，并且提供兩個(gè)寬度為200ms的低電平復(fù)位脈沖，且每路調(diào)整器都有溫度自動(dòng)關(guān)閉保護(hù)功能。其供電框圖如圖13所示:

圖13系統(tǒng)電源供電

F2812的另一個(gè)特點(diǎn)就是其CPU時(shí)鐘頻率已經(jīng)可以達(dá)到150MHz，即單周期指令執(zhí)行時(shí)間為6.67ns。這從而為高速采集和處理信號(hào)提供了保障。因而，系統(tǒng)中F2812由外部30MHZ的晶振提供時(shí)鐘信號(hào)，并在其內(nèi)部倍頻至150MHZ。時(shí)鐘電路圖如圖14所示:

圖14DSP外部時(shí)鐘電路

復(fù)位電路有三種方式，即上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位和軟件復(fù)位，設(shè)計(jì)中采用max811實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位電路，具體電路如圖15所示:

圖15DSP手動(dòng)復(fù)位電路

14

JTAG口便利程序的調(diào)試和燒寫(xiě)，其設(shè)計(jì)和連線關(guān)系如圖16所示:

圖16JTAG接口電路

F2812的SCI模塊，通過(guò)9芯標(biāo)準(zhǔn)RS-232口與其它系統(tǒng)進(jìn)行串行通訊。選用F2812片上SCIA作為串行通訊口，選用MAX3221作為串口通訊信號(hào)電平轉(zhuǎn)換模塊的主要器件，其波特率最高可達(dá)250Kbit/s。串行通訊部分硬件連接圖如圖17所示:

圖172812串口通信電路圖

2812的串行通信接口（SCI）是一個(gè)采用發(fā)送、接受雙線制的異步串行通信接口，即尋常所說(shuō)的UART口，它支持16級(jí)的接收發(fā)送FIFO,從而降低了串口通信時(shí)CPU的開(kāi)銷。支持查詢和中斷兩種方式的發(fā)送和接收。

15

五系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1軟件總體框圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采取模塊化設(shè)計(jì)方案，將完成特定功能的子程序組合成功能模塊，由主監(jiān)控程序統(tǒng)一調(diào)用。軟件總體框圖如下圖所示。系統(tǒng)軟件包含的主要功能模塊有：初始化模塊，測(cè)頻率、幅值模塊，通信模塊和中斷模塊。軟件總體框圖如圖18所示：

圖18軟件總體框圖

5.2系統(tǒng)初始化模塊

DSP系統(tǒng)上電后，DSP芯片部分地進(jìn)行了定義。用戶可以通過(guò)編寫(xiě)初始化程序，對(duì)狀態(tài)寄放器的一些狀態(tài)位進(jìn)行修改，以滿足不同系統(tǒng)的系統(tǒng)配置和應(yīng)用要求，如圖19所示:

系統(tǒng)初始化初始化看門(mén)狗初始化系統(tǒng)時(shí)鐘初始化FLASH設(shè)置完成系統(tǒng)初始化配置

圖19系統(tǒng)初始化流程圖

16

5.3內(nèi)置ADC校正模塊

啟動(dòng)AD采樣采樣計(jì)數(shù)器Samplecount計(jì)數(shù)SampleCount>=10?對(duì)采樣結(jié)果排序中值濾波法由ADCINA0和ADCINB0的結(jié)果計(jì)算CalGain和CalOffset的值校正處理求得實(shí)際輸入值Samplecount值清零

圖202812內(nèi)置AD軟件校正流程圖

AD采樣頻率為20.48KHz，序列發(fā)生器SEQ1和SEQ2級(jí)聯(lián)成一個(gè)16通道的序列發(fā)生器，采樣模式采用順序采樣。利用通用定時(shí)器T1的周期中斷事件來(lái)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。ADCINA0和ADCINB0為參考電平，。對(duì)ADCINA0、ADCINA1、ADCINB0、ADCINB1四個(gè)通道進(jìn)行連續(xù)10次的采樣，然后對(duì)各個(gè)通道的10個(gè)采樣值進(jìn)行排序、濾波，最終求取平均值。然后由ADCINA0和ADCINB0通道的值計(jì)算求得CalGain和CalOffset，最終由這兩個(gè)量來(lái)校正ADCINA1和ADCINB1。

17

5.4FFT算法實(shí)現(xiàn)模塊

FFT計(jì)算fft算法初始化，安排所需的存儲(chǔ)空間fft位倒序處理復(fù)數(shù)FFT計(jì)算劈分計(jì)算結(jié)果得到實(shí)數(shù)值得到幅度值信息后期計(jì)算，得到頻率值信息

圖21FFT算法流程圖

圖22FFT算法調(diào)用接口調(diào)用

調(diào)用FFT算法需要的文件：fft.h、rfft32aq.asm、rfft32br.asm、rfft32m..asm、rfft32s.asm、rfft32w.asm、cfft32c.asm、cfft32i.asm等

5.5串口通訊的軟件設(shè)計(jì)

通訊部分的軟件由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件組成，下面分別介紹。

(1)串口通信的上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和DSP之間的數(shù)據(jù)交換，可以利用微軟公司推出的可視化、面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言VisualBasic和測(cè)控來(lái)實(shí)現(xiàn)，PC機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)控主要有2種方法：一是通過(guò)串型接口（RS-232或RS-485），二是通過(guò)各種數(shù)據(jù)采集卡。VisaulBasic提供2種方法實(shí)現(xiàn)串口通信：意識(shí)串口通信空間MSComm，通過(guò)對(duì)此空間的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)編程操作，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)。其次，Windows

18

還提供了豐富的API函數(shù)，調(diào)用與栓口有關(guān)的API函數(shù)也可實(shí)現(xiàn)。

MSComm是Microsoft提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的一個(gè)ActiveX控件，及核心內(nèi)容是組建兌現(xiàn)模型COM（ComponentOBjectModel），以屬性和事件的形式提供的對(duì)Windows通信驅(qū)動(dòng)程序API函數(shù)的接口。因此，進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)只需設(shè)置MSComm屬性和事件，便可實(shí)現(xiàn)串口的操作。

在實(shí)踐中，我們選擇了VisualBasic開(kāi)發(fā)環(huán)境和ActiveX串口控件來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的方法，以提高編程效率，減少了因編程不當(dāng)而導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。首先，在VB環(huán)境下建立好一個(gè)界面，通過(guò)MSComm的CommPort及Setting對(duì)串口號(hào)選擇，及其端口的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位數(shù)、中止位等一系列參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而完成串口的初始化；然后開(kāi)啟串口，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)行接收數(shù)據(jù)工作。通過(guò)PC機(jī)和DSP建立串口，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)直接接收DSP采集的一系列數(shù)據(jù)，得到了直觀的數(shù)據(jù)，提高了體工作效率。其軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖23所示

圖23上位機(jī)軟件流程圖

程序說(shuō)明：關(guān)于本通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，采用ASCII碼的方式，數(shù)據(jù)包的包頭為一個(gè)特定的字符，利用控件采用事件驅(qū)動(dòng)的法。本界面的數(shù)據(jù)采用實(shí)時(shí)顯示的方式，可以實(shí)時(shí)刷新。

19

(2)串口通信的下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

該部分程序流程圖如圖24所示。

圖24下位機(jī)軟件流程圖

程序說(shuō)明：由上位機(jī)發(fā)送約定的字符到DSP，DSP接收到的字符并判斷比較后，使能發(fā)送中斷，并且發(fā)送與約定字符相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所處理成的字符串到上位機(jī)。例如，收到字符“1〞，則發(fā)送主信號(hào)頻率到上位機(jī)的界面，收到字符“2〞，則發(fā)送此信號(hào)頻率到上位機(jī)，收到字符“3〞，則同時(shí)發(fā)送分辯率到上位機(jī)“4〞則同時(shí)發(fā)送主次信號(hào)的幅值到上位機(jī)。

六．系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是合理利用了DSP的高速處理和大量運(yùn)算能力，通過(guò)FFT運(yùn)算，用捕獲單元捕獲到不同的最大幅值，讀取相應(yīng)的頻率值，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合信號(hào)測(cè)試。

創(chuàng)新點(diǎn)如下：

(1)在實(shí)現(xiàn)FFT時(shí)本設(shè)計(jì)了采用劈分計(jì)算，未使用任何外部硬件進(jìn)行輔助計(jì)算，完全由DSP芯片豐富的軟件資源來(lái)實(shí)現(xiàn)，充分利用了DSP的軟件資源，表達(dá)了DSP的強(qiáng)大功能。

(2)硬件部分使用了TI公司推出的低噪縝密的運(yùn)放對(duì)被測(cè)信號(hào)調(diào)理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行峰值檢測(cè)，讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而通過(guò)硬件軟件對(duì)內(nèi)置AD進(jìn)行校正，保證采樣精度更高，誤差小，性能佳。

（3）本設(shè)計(jì)思路明了、方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)。

20

七．測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

1.測(cè)試儀器及條件

MATRIX的信號(hào)發(fā)生器測(cè)試條件：室溫

2.測(cè)試方案、結(jié)果、及分析

本系統(tǒng)對(duì)于正弦波信號(hào)頻率的測(cè)量，在中頻段為等精度；在高低頻段，標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖的個(gè)數(shù)大，誤差（分辯率）小于中頻段，故理論上測(cè)量誤差（分辯率）最大的地方應(yīng)出現(xiàn)在中低頻段分界點(diǎn)至中高段分界點(diǎn)之間的頻率。下面表2在主信號(hào)峰峰值為600mV次信號(hào)峰峰值為100mV下記錄了系統(tǒng)頻率測(cè)試結(jié)果:主信號(hào)頻率10Hz200Hz500Hz1000kHz4kHz10kHz15kHz20kHz30kHz40kHz主信號(hào)測(cè)量值9.996Hz199.995Hz499.997Hz999.996Hz3.998kHz9.997kHz14.996kHz19.995kHz29.997kHz39.995kHz次信號(hào)頻率9.5Hz187.0Hz470.0Hz945.0Hz3.9kHz9.8kHz14.7kHz19.5kHz29.0kHz38.5kHz次信號(hào)測(cè)量值9.354Hz186.875Hz469.797Hz944.430Hz3.868kHz9.759kHz14.621kHz19.459kHz28.482kHz38.047kHz分辯率6.42%6.56%6.04%5.57%3..25%2.38%2.50%2.68%5.05%4.87