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基于LabVIEW和DSP技術(shù)的FFT頻譜分析儀

作者: 時間:2010-08-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  
  4 虛擬式的系統(tǒng)設(shè)計
  
  4.1基于的USB數(shù)據(jù)采集器開發(fā)
  
  快速傅里葉變換(FastFourierTransform)分析要求首先對被分析的信號進行數(shù)字采樣,然后再進行運算。在系統(tǒng)中,信號的采樣和FFT計算全部在USB數(shù)據(jù)采集器上實現(xiàn)。為了保證時域信號和FFT處理后的數(shù)據(jù)能實時傳遞給系統(tǒng)CPU,USB數(shù)據(jù)采集器與主機之間采用USB接口設(shè)計[2]。根據(jù)系統(tǒng)要求和實際條件,USB數(shù)據(jù)采集器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  (1)信號調(diào)理模塊設(shè)計
  
  信號調(diào)理模塊實現(xiàn)信號的輸入緩沖、放大和濾波。在系統(tǒng)中,信號的緩沖由集成運放組成同相跟隨器來實現(xiàn)。放大器采用TI公司的可編程放大器PAG103U,放大倍數(shù)的改變由和邏輯控制器共同實現(xiàn),設(shè)計中可對輸入通道信號分別進行放大倍數(shù)控制。調(diào)理模塊中的濾波器為低通濾波,主要用于對信號進行抗混疊濾波,以確保信號的有效FFT分析。
  
  (2)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計
  
  A/D轉(zhuǎn)換的采樣率和分辨率是進行數(shù)字采樣系統(tǒng)設(shè)計的主要指標。在設(shè)計中,A/D芯片采用AD7685,單通道最高采樣率可達250kS/s,輸出為16位并行輸出,比較電壓為±5V。
  
  (3)芯片選用
  
  DSP是該系統(tǒng)進行FFT運算的處理器,其精度、速度在很大程度上決定了FFT分析儀的性能。考慮到FFT運算中實時性和精度方面的要求,設(shè)計時選用TMS320VC33浮點型DSP芯片[6]。
  
  (4)存儲器選用
  
  存儲器可用于存放大量的表格數(shù)據(jù)和一些臨時數(shù)據(jù)。因為DSP在作FFT運算時要用到大量正弦及其他數(shù)據(jù)表格,而通常固化DSP程序的閃存和DSP的數(shù)據(jù)交換較慢,為保證FFT的運算速度,可在FFT運算前,將表格數(shù)據(jù)存儲于DSP外的高速存儲器內(nèi)。
  
  (5)USB接口芯片選用
  
  USB接口芯片是連接PC機和底層硬件的通信紐帶,USB總線有著嚴格的電氣規(guī)范和時序要求,采用接口芯片可以減少電路設(shè)計的工作量,特別對于在實現(xiàn)5V與3.3VDSP的數(shù)據(jù)傳遞時,采用可同時兼容這兩種電壓的接口芯片,還省去轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計。設(shè)計中選用Philips的高速USB2.0芯片ISP1362。數(shù)據(jù)采集器工作時,各主要模塊通過控制器后的基本流程如圖2所示。

  4.2虛擬式FFT軟件設(shè)計
  
  該系統(tǒng)軟件包括DSP軟件的設(shè)計和應(yīng)用程序的設(shè)計。
  
  4.2.1DSP軟件的設(shè)計
  
  DSP軟件由DSP主程序和中斷服務(wù)程序組成[4]。
  
  DSP主程序主要完成以下任務(wù):(1)初始化USB芯片,讀入用戶設(shè)置的采樣頻率參數(shù),并根據(jù)這個參數(shù)初始化時鐘,以產(chǎn)生正確的采樣時間信號;(2)讀入采樣通道參數(shù)并初始化AD7685;(3)讀入用戶放大倍數(shù),設(shè)置可編程放大器。這些參數(shù)讀入完畢后,將采樣通道采集的數(shù)據(jù)通過USB口發(fā)送給PC側(cè)的軟件分析處理。
  
  中斷服務(wù)程序主要用來響應(yīng)A/D所產(chǎn)生的中斷,在設(shè)計中,中斷服務(wù)的任務(wù)主要是讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),并判斷其是否達到FFT點數(shù),如沒達到則返回,反之,進行FFT運算,并將數(shù)據(jù)傳遞給接口芯片。



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