基于DSP的簡易頻譜分析儀設計畢業(yè)設計

1、基于dsp的簡易頻譜分析儀設計摘要我們對一個信號的認識只在時間域是遠遠不夠的，所以還要在頻域去認識和分析它。在電子測量中，測量網(wǎng)絡阻抗特性以及傳輸特性是經(jīng)常遇到的問題問題，其中，幅頻特性、增益和衰減特性、相頻特性等是屬于傳輸特性內(nèi)的。它很大程度方便了調(diào)整，校準被測網(wǎng)絡及排除故障。本此設計制作了一個簡易頻譜分析儀從而可以更直觀的看到信號的特性。為了實現(xiàn)這一目標，我們需要利用快速傅里葉變換（fft）來實現(xiàn)對信號的頻譜分析。由于dsp可以處理比較復雜的算法本次設計采用fft算法通過dsp分析顯示輸入波形的頻率值。關(guān)鍵詞：頻譜分析 dsp fft 顯示頻率 the simple spectrum an

2、alyzer design based on dspabstractwe cant know a signalonlyin the time domain.it is far fromenough, so wealso recognize andanalyze itin the frequency domain.in theelectronicmeasurement, impedanceand transmission characteristicsof the networkare often encountered in the measurement problems; transmis

3、sion characteristics include the gain characteristics, attenuation characteristics, amplitude-frequency characteristic and phase frequency characteristics. it provides a great convenience for the adjustment of the network under test, calibration and troubleshooting.we design a simple spectrum analyz

4、er to see the characteristics of the signal more intuitively. in order to achieve this goal, we need to use the fast fourier transform ，that is fft which make spectrum analysis of the signal. since the dsp can solve the more complex algorithms than others. hence, we designed a simple spectrum analyz

5、er using the fft algorithm by dsp to show the frequency of the input waveform.key words: spectrum analyzer ; dsp; fft ; frequency display目錄第1章 概 述 11.1 引 言1 1.2 定點dsp的數(shù)據(jù)格式21.3 tms320f2812 dsp介紹21.3.1 tms320f2812概述21.3.2 tms320f2812芯片結(jié)構(gòu)及性能描述3第2章 總體設計思路42.1 系統(tǒng)指標42.2 系統(tǒng)方案42.2.1 信號發(fā)生器模塊52.2.2 dac轉(zhuǎn)換模塊52.

6、2.3 陷波網(wǎng)絡模塊62.2.4 信號調(diào)理模塊62.2.5 ad采集模塊62.2.6 fft計算處理模塊7第3章 具體設計73.1 工程建立73.2 正弦波發(fā)生模塊93.2.1 定時器模塊113.2.2 中斷模塊123.2.3 gpio模塊153.3 dac轉(zhuǎn)換模塊153.4 陷波網(wǎng)絡模塊163.5 信號調(diào)理電路模塊183.6 ad采集模塊193.6.1 事件管理器定時設置203.6.2 adc設置模塊223.7 fft模塊.27第4章 實驗結(jié)果31第5章 總結(jié)與展望375.1 總 結(jié)375.2 展 望38參考文獻38致 謝39第1章 概 述1.1 引 言dsp的2種理解：廣義理解：digit

7、al signal processing數(shù)字信號處理狹義理解：digital signal processor數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理的概念是利用計算機或者專用的處理設備，對連續(xù)的數(shù)字信號進行各種數(shù)學運算，最終得到我們想要的分析結(jié)果。而快速傅立葉變換是其運算基礎。如今是嶄新的數(shù)字化時代，dsp已然成為數(shù)字化的不可或缺的元素，廣泛的應用于社會各領(lǐng)域。數(shù)字信號處理器（dsp芯片）應運而生，使數(shù)字信號處理理論與實際很好的連接，并促進了深入發(fā)展數(shù)字信號處理技術(shù)，拓寬應用領(lǐng)域。數(shù)字信號處理以廣泛的學科作為理論基礎，包含極廣泛的內(nèi)容。當中包含，語音處理、通信等方方面面，涵蓋面很大。具體實現(xiàn)數(shù)字信號處理的

8、方法：(1) 在通用pc上利用軟件或在系統(tǒng)中加專用加速處理機來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。(2) 用dsp實現(xiàn)。dsp的軟件和硬件各項資源對于數(shù)字信號處理非常適用，因此可用于各種復雜算法；(3)用cpld/fpga實現(xiàn)。1.2 定點dsp的數(shù)據(jù)格式在定點處理器（例如tms320f2812）之中，數(shù)據(jù)采用的是定點表示法，整數(shù)小數(shù)均可表示。在定點處理器中，決定數(shù)據(jù)精度和其動態(tài)范圍的是格式和字長，當然，它也是決定dsp處理器的成本、功耗以及編程難度的因素之一。定點dsp的兩種基本表示方法：整數(shù)表示和小數(shù)表示。整數(shù)表示方法應用：非信號處理，例如地址計算、控制操作等小數(shù)表示方法應用：數(shù)字和各種信號處理算法計算。定點數(shù)

9、常使用q表示法。處理小數(shù)時須由程序員確定小數(shù)點所處位置，稱為數(shù)的定標。由于是人為決定，因此大小和精度可以表示多種范圍。例如：0 010 0000 0000 0000b=0.25，用q15表示 0 010 0000 0000 0000b=8192，用q0表示總結(jié)來說，q值越大，精度越高，但數(shù)值范圍越??； q值越小，數(shù)值范圍越大，但精度就越低。1.3 tms320f2812 dsp介紹1.3.1 tms320f2812概述f28x系列是ti公司生產(chǎn)的32位定點數(shù)字信號處理器，其具有豐富的外設資源。相對于單片機來說，它能實現(xiàn)更為復雜的控制算法。適合于控制應用，不同于其他芯片，該系列芯片含flash，

10、異步串口。同時，它有數(shù)字信號處理能力和事件管理能力以及嵌入式控制能力，且由于可以用較低的成本實現(xiàn)開發(fā)、控制最優(yōu)化，因此被廣泛使用。1.3.2 tms320f2812芯片結(jié)構(gòu)及性能描述1、最大可達150mhz的系統(tǒng)時鐘頻率；2、f2812具有8級流水操作，指令時間為6.67ns；3、f2812內(nèi)有4m的程序空間和4m的數(shù)據(jù)空間；4、片上外設資源多，包含串口外圍設備接口、事件管理器、16通道12位adc、控制器局域網(wǎng)絡can總線、串行通訊接口sca,scb、多通道緩沖串行接口以及jtag;第2章 總體設計思路2.1 系統(tǒng)指標信號調(diào)理陷波網(wǎng)絡dacdsp2812本系統(tǒng)設計基本要求完成簡易頻譜分析儀，

11、組成框圖如圖2.1電腦dsp2812 圖2.1 簡易頻譜分析儀組成框圖1、 掃頻信號發(fā)生：采用dsp2812產(chǎn)生正弦波信號，掃頻信號頻率范圍為100-10khz。2、陷波網(wǎng)絡設計：陷波網(wǎng)絡中心頻率約為3khz。3、 fft設計，顯示幅頻特性曲線。2.2 系統(tǒng)方案 本設計目標為采用tms320f2812 dsp芯片設計簡易頻譜分析儀。該分析儀由四部分模塊組成，分別為：信號發(fā)生器模塊、dac轉(zhuǎn)換模塊、陷波網(wǎng)絡模塊、信號調(diào)理模塊、ad采集模塊、fft計算處理模塊。2.2.1 信號發(fā)生器模塊信號發(fā)生模塊由dsp芯片來完成，產(chǎn)生100hz10khz的掃頻信號。dsp產(chǎn)生正弦波的方法有如下幾種：（1）利用

12、dsp內(nèi)置的pwm模塊產(chǎn)生spwm波形，之后連接低通濾波器發(fā)出正弦波；（2）利用泰勒級數(shù)展開法經(jīng)過dsp計算得出正弦波；（3）利用查表法直接將正弦波形的表存入數(shù)組中；以上三種產(chǎn)生波形的方法都可以實現(xiàn)正弦波的發(fā)生，但是相比之下第一種較為復雜；第二種方法雖然占用存儲空間較少，但是運算量比較大，占用cpu資源較多；查表法一種很直接的方法，它的原理是根據(jù)需要提前算好所有可能出現(xiàn)的正弦函數(shù)值，按照順序編制為數(shù)據(jù)表，當用時只需要根據(jù)輸入查出對應值。雖然查表法占用存儲空間較多，但是占用cpu資源少，而且根據(jù)正弦表的數(shù)組長度和數(shù)據(jù)位數(shù)可以改變其分辨率及精確度。因此本次設計采用查表法產(chǎn)生正弦波，之后正弦波將以數(shù)

13、字量的形式發(fā)送至io口，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生模擬量的正弦波。而正弦表可以通過例如正線波信號發(fā)生器來這類的軟件生成，本設計產(chǎn)生的是輸出點數(shù)為100點，輸出精度為8位的正弦波。2.2.2 dac轉(zhuǎn)換模塊首先，先確定正弦波的分辨率、精度等各項參數(shù)以方便確定dac型號及設計電路。本次設計利用8位分辨率，一個周期內(nèi)取100點的正弦表實現(xiàn)正弦波發(fā)生。因為本次設計要求最高可采集到10khz的正弦波，因而有：100點*10khz=1mhz （2-1）（2-1）表明了對da的要求是它的采樣率必須達到1mhz以上才可以實現(xiàn)10khz的正弦波發(fā)生；因為是8位分辨率且通過io口的8位來輸出，因而需要一個8位并口的da實現(xiàn)

14、?？偨Y(jié)來說，就是選取da滿足以下兩個條件：1、8位并行輸入；2、采樣率在1mhz以上；經(jīng)過查閱各種資料后確定采用dac0832來完成將數(shù)字正弦波轉(zhuǎn)化為模擬正弦波的部分。2.2.3 陷波網(wǎng)絡模塊利用sallen_key電路結(jié)構(gòu)設計二階有源帶阻網(wǎng)絡，簡單而且比較容易實現(xiàn)。2.2.4 信號調(diào)理模塊利用分壓的辦法改變輸入信號的幅度，后接一個電壓跟隨器，目的是使其輸出信號電壓控制在03v以內(nèi)，以避免直接輸入dsp中的ad輸入引腳而燒壞芯片，同時避免后邊的電路對信號產(chǎn)生影響。2.2.5 ad采集模塊ad采集模塊可有以下兩種設計方案：（1）利用外接的ad通過硬件連接的方式對模擬量的波形進行轉(zhuǎn)化，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)

15、字量通過io輸入dsp中。例如使用16位并行輸出ads8364連接f2812。（2）利用f2812包含的12位，16通道的adc通過軟件設置的方式將模擬量波形轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。上述兩種方案中，由于第二種可直接通過軟件方式利用dsp包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集模擬量的波形而不用外接芯片節(jié)省成本并且充分利用了dsp的資源，因而在精度不要求很高的情況下更加適用，因而采用第二種方案。2.2.6 fft計算處理模塊因為f2812芯片上專門有指令用于fft操作，使得在f2812芯片上實現(xiàn)fft算法速度更快且更為方便用戶使用，所以直接采用即可。第3章 具體設計3.1 工程建立本設計的集成開發(fā)環(huán)境為ccs3.1，ccs

16、提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，便于編制和測試實時、嵌入式信號處理程序，可提高開發(fā)進程速度，提高工作效率。支持如下所示的開發(fā)周期的所有階段。 圖3.1 ccs的開發(fā)周期各階段開發(fā)工具包括：c編譯器、匯編器、連接器等。庫文件（.lib），頭文件（.h），源文件（.c）和cmd文件(.cmd)組成一個完整的工程，缺一不可。1、頭文件：用于其他文件的引用、程序中的函數(shù)、參數(shù)、變量和一些宏單元的定義，和庫函數(shù)配合使用。所以在使用庫時須用相應頭文件說明。文件格式為“.h”，編譯過程中自動添加進入工程，無需手動添加。一般情況下頭文件不需修改便可直接使用。2、庫文件：c語言系統(tǒng)庫rts2xx.

17、lib。系統(tǒng)庫包含了編譯器的所有功能：初始化c語言環(huán)境，標準c的函數(shù)庫,設置堆棧等，還可以添加其他的庫文件。將函數(shù)封裝，編譯供自己或其他用戶調(diào)用。其優(yōu)點是庫文件編譯后看不到源代碼，保密性好；同時便于維護。文件格式為“.lib”。3、源文件：有且須有一個含main（）函數(shù)的c語言源程序文件。main（）函數(shù)在系統(tǒng)庫初始化后掌握控制權(quán)。文件格式為“.c”。一個工程必不可少的幾個源文件有： （1）dsp28_globalvariabledefs.c：定義全局變量，例如寄存器，中斷向量表等內(nèi)容。 （2）主函數(shù) （3）dsp28_piectrl.c：pie初始化函數(shù)（與中斷相關(guān)）。 （4）dsp28_p

18、ievect.c：pie中斷向量表定義及其初始化。 （5）dsp28_sysctrl.c：系統(tǒng)初始化，以保證f2812正常工作。4、cmd文件：dsp系統(tǒng)中有大量的各種存儲器，cmd文件所描述的是開發(fā)工程師對物理存儲器的管理、分配及使用情況。cmd文件的作用是定位dsp代碼。由于dsp的編譯器的編譯結(jié)果是未定位的，dsp無法定位執(zhí)行代碼，同時用戶設計的dsp系統(tǒng)的配置也不盡相同，因此要自己定義代碼的安裝位置。cmd文件就是在編譯源程序、生成機器代碼的過程中發(fā)揮作用。cmd文件包含：（1） 存儲器的資源清單（2） 存儲器的資源分配3.2 正弦波發(fā)生模塊 想要實現(xiàn)發(fā)出掃頻正弦波，必須要有三個步驟：

19、（1） 通用定時器定時；（2） 定時時間到后進入中斷程序，輸出數(shù)字正弦波；（3） 輸出正弦波通過通用io口輸出給后續(xù)電路； 其軟件流程圖如下：開始n初始化定時中斷？y進入中斷處理函數(shù)n當前頻率點送出？yn改變頻率n一次掃頻結(jié)束？ynn禁止中斷,輸出送至io口結(jié)束 圖3.2 掃頻信號發(fā)生流程圖3.2.1 定時器模塊f2812共有3個32位的cpu定時器， cpu定時器timer1和timer2用于實時操作系統(tǒng)（如dspbios），timer0可以被用戶所用。cpu定時器結(jié)構(gòu)較簡單，工作模式較單一，同時一旦啟動就會循環(huán)往復工作，因此使用非常方便，所以很適合為用戶程序提供一個基準時鐘實現(xiàn)軟件各模塊的

20、同步。 圖3.3 cpu定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上圖可以看出，cpu定時器可以分為16位的分頻器及32位的計數(shù)器。可將計數(shù)周期先存到prdh:prd（周期寄存器）中，當計數(shù)器啟動時，prdh:prd的值載入timh:tim（計數(shù)器）中進行減計數(shù)，當值減為0時，發(fā)出中斷請求信號，同時計數(shù)值重新裝載到周期寄存器中。定時器初始化主要程序如下：void initcputimers(void)cputimer0regs.prd.all =150; /初始化定時器0周期寄存器cputimer0regs.tim.all = 0; /清零定時器0的計數(shù)器cputimer0regs.tpr.all = 0; /初始化定

21、時器0預定標計數(shù)器使其分頻系數(shù)為sysclkout/1，即150mhz;cputimer0regs.tprh.all = 0;cputimer0regs.tcr.bit.tss = 1; /停止定時器0的運行 cputimer0regs.tcr.bit.trb = 1; /將周期寄存器prd中的值裝入計數(shù)器寄存器tim中， /重裝載控制位寫1，控制分頻系數(shù)和計數(shù)初值的裝載 cputimer0regs.tcr.bit.soft=1; /將soft和free設為1，在遇到調(diào)試斷點cputimer0regs.tcr.bit.free=1; /定時器0將繼續(xù)運行cputimer0regs.tcr.bi

22、t.tie=1; /使能定時器0中斷，若計數(shù)器遞減到0同時tie位為1，定時器發(fā)出中斷請求3.2.2 中斷模塊f2812的中斷管理共分為外設級、pie級和cpu級。由于多種外設集成于芯片內(nèi)部，會產(chǎn)生許多外設中斷，因為cpu無法處理所有的cpu級中斷請求，因而f2812有一個專門用于處理判定外設中斷的中斷擴展控制器（pie）。中斷仲裁機制確定中斷服務程序的位置的原理是根據(jù)pie向量表存放的每個中斷服務程序的地址來確定。1、外設級 一當外設有中斷事件，對應外設的中斷標識位就會置1，若對應中斷使能位設1，那么外設中斷的請求信號 intx.y就可送至 pie控制器。若外設的中斷被禁止輸入進來，那么外設

23、中斷標志將一直保持為 1，直到軟件清 0。 2、pie 級 pie的中斷都有一個pieifrx.y（中斷標志位） 和一個pieierx.y（中斷使能位），另外，每個 cpu 中斷組都有一應答位 pieackx。若 pie來了中斷請求，相應中斷標志位 pieifrx.y就會置1，若 pieierx.y也為 1，那么 pieackx 就可決定 cpu可否響應此中斷。3、cpu級 cpu 級中斷標志寄存器一旦在中斷請求送入后標志位就會置 1。在ier （cpu 中斷使能寄存器）中相應位置 1，且intm（全局中斷屏蔽位）為 0的情況下時，cpu會進入中斷。實現(xiàn)中斷主要語句如下：dint; /禁止中斷

24、eint; /使能intm（全局中斷）ertm; /使能dbgm(全局實時中斷)eallow; /有些寄存器受到寫保護，要寫它就先用此語句禁止寫保護，寫自由pievecttable.tint0=&cpu_timer0_isr;edis; /使能寫保護piectrl.pieier1.bit.intx7=1;/pie級中斷使能ier|=m_int1;/使能cpu中斷進入中斷子程序如下：interrupt void cpu_timer0_isr(void)cputimer0regs.tcr.bit.tif=1;reloadcputimer0(); time+; if(time=fre) time=0

25、; gpiodataregs.gpadat.all=sin_dancount+ ; if(ncount=100) ncount=0;round+;if(round=1000/fre) round=0; fre+; if(fre=100) fre=1; piectrl.pieack.all=pieack_group1;這段程序中ncount用來一個周期內(nèi)計送出的點數(shù)，當?shù)竭_一個周期的100點時，ncount變?yōu)?；fre為從100hz到10khz的100個不同頻率檔，time是用于定時器進入中斷次數(shù)的計數(shù)，當time計數(shù)值=fre的值時會向io送出正弦表的值，同時time清零；round為不同頻

26、率檔下波形的不同顯示次數(shù)，其設置為1000/fre，即當round當前值為1000除以當前的fre時，說明1000/fre個當前頻率下的正弦波已經(jīng)全部送出，fre自動加1，round變?yōu)?。3.2.3 gpio模塊gpio就是通用io口。嵌入式系統(tǒng)中常有很多的簡單外部設備/電路，對它們的控制，使用gpio（通用可編程io接口）即可。f2812包含有56個多功能引腳，其第一功能是作為通用意義數(shù)字i/o口（gpio），為了使用通用i/o，我們需要對gpio進行相應的設置。為了將數(shù)字量的正弦波輸出，設計需要通過設置gpio實現(xiàn)，具體語句如下：void initgpio(void) eallow; g

27、piomuxregs.gpamux.all=0x0000;/將gpio設置為通用i/o口 gpiomuxregs.gpadir.all=0x00ff;/設置gpio為輸出 gpiomuxregs.gpaqual.all=0x0000; /窗寬為0，無抗噪聲能力 edis;3.3 dac轉(zhuǎn)換模塊dac0832是采用cmos工藝實現(xiàn)。它是8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個da轉(zhuǎn)換器應用很廣泛因為它相比其他芯片來說價格低、接口電路簡單、轉(zhuǎn)換控制容易。dac0832包含有8位dac寄存器、8位輸入寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換器，它的采樣頻率高達5mhz，因而可以實現(xiàn)對需要采樣率高于1mh

28、z的正弦波的采集。 圖3.4 da模塊電路圖如圖所示，da模塊采用的是0832器件手冊上的應用例程。圖中q1的作用是將電流輸出型信號改為電壓輸出型信號；q2的作用是由于輸出是反向的電壓，因此此處是起到反相器的作用。3.4 陷波網(wǎng)絡模塊本次設計采用的是有源帶阻濾波器。本有源帶阻濾波器主要通過雙t網(wǎng)絡實現(xiàn)。電阻電容組成外圍網(wǎng)絡和lm358芯片一起實現(xiàn)功能。通過電容電阻的諧振作用實現(xiàn)帯阻作用，通過358芯片實現(xiàn)放大信號的作用。圖3.5 陷波網(wǎng)絡模塊電路圖圖3.5所示，rf和rf（即r4和r5）選擇了稍大一些的電阻值是為了使電路更穩(wěn)定，這里使用的分別是160k和200k。選擇較小電容也是為了使電路運行

29、更穩(wěn)定，這里取c=1pf.帶入fo=1/2rc可得r的值約為27k，考慮到實際連接電路的問題，減少元件的個數(shù)，取r1=r2=56k。其各項參數(shù)如下：r1=r2=r=56k； r3=27kc1=c2 =1nf ； c3=2.2nfr5=rf；r4=rf;中心頻率fo=1/2rc=2.78k帶寬 f2-f1=2（2-kf）=0.4khz增益 kf=1+rf/rf=1.8q點 q=1/2(2-kf)=0.1圖3.6 陷波網(wǎng)絡模塊電路圖使用multsim中的波特圖實現(xiàn)了仿真，如圖3.6所示。3.5 信號調(diào)理電路模塊其電路圖如下圖所示： 圖3.7 信號調(diào)理電路圖中r6以及r7用于分壓，使信號電壓降低在d

30、sp所要求的03v內(nèi)，后面利用lm358制成的電壓跟隨器，以“隔離”前后級之間的影響。3.6 ad采集模塊ad采集模塊實現(xiàn)信號采集需要如下兩個步驟：(1)利用事件管理器中的定時器定時決定采樣頻率；(2)設置adc模塊；其軟件流程圖如下所示,開始dsp初始化adc模塊初始化配置adc配置eva設置定時器1ad采集中斷服務程序入口ad采樣，將采樣結(jié)果送入循環(huán)采樣數(shù)組采樣滿512次?消除ad中斷標志開總中斷中斷返回ny 圖3.8 信號調(diào)理電路3.6.1 事件管理器定時設置在ad采集過程中，利用事件管理器ev的通用定時器實現(xiàn)采樣頻率的確定。事件管理器包括eva和evb，有通用定時器1、2、3、4，每個

31、定時器有如下特點：16 位txcnt（定時器增/減計數(shù)器）。16 位txcmpr（定時器比較寄存器）。 16 位txpr（定時器周期控制寄存器）。 16 位txcon（定時器控制寄存器）。 一個txcmp用于通用定時器比較輸出。定時器按照寄存器 txcon 中的 tmode1，tmode0 位確定的工作模式工作分別是停止/保持模式、連續(xù)增計數(shù)模式、定向增/減計數(shù)模式還是連續(xù)增/減計數(shù)模式，較為常用的是第二種和第三種。本設計采用的是連續(xù)增計數(shù)模式，下圖為其工作模式圖： 圖3.9 通用定時器連續(xù)增計數(shù)模式當計數(shù)器和周期寄存器在一個時鐘周期匹配時，中斷標志位會置為1。在外設中斷未被屏蔽的情況下將產(chǎn)生

32、外設中斷請求。此周期中斷通過 gptcona開啟adc，中斷標志置1，同時ad啟動信號送至ad。具體實現(xiàn)語句如下：evaregs.t1cmpr=0xfd11;/給比較寄存器賦值evaregs.t1pr=0xffff; /給周期寄存器賦值evaregs.gptcona.bit.t1toadc=1; / eva 中的通用定時器1中斷產(chǎn)生ad啟動 evaregs.t1con.all=0x1042; /遞增模式，x/1分頻，內(nèi)部時鐘，使能比較，使用自己的周期，立即啟動定時器計數(shù)3.6.2 adc設置模塊adc（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）有 16個12位通道，可通過軟件設置成兩個8 通道，或一個 16 通道，本次設計

33、因為只需要輸入一個通道，所以兩種方式都沒有什么影響。adc 包含一個轉(zhuǎn)換器，兩個排序器。排序器在級聯(lián)模式下變?yōu)閱?16 通道。轉(zhuǎn)換完成后結(jié)果存放在adcresult里。它比普通單采樣轉(zhuǎn)換分辨率高是因為自動排序器允許相同通道多次轉(zhuǎn)換，因而可以實現(xiàn)過采樣算法。 圖3.10 adc模塊原理框圖其原理如圖3.9所示。排序器分別有seq1和seq2，也可級聯(lián)為seq。其作用是自動排序多個轉(zhuǎn)換。若只需要一個通道輸入信號，16個通道任意一個都可選擇。轉(zhuǎn)換之后結(jié)果就存于相應的adcresultn（結(jié)果寄存器）中。 ad有順序采樣以及同時采樣兩種工作模式。利用對convxx 位（位于排序寄存器中）置不同的值確定

34、用于ad采集的信號從哪個管腳輸入。本次設計采用的是級聯(lián)順序采樣的模式，則convxx 中共有 4 個位定義是從哪個管腳輸入。采樣保持器 a（s/h-a）的任意一個輸入管腳是從0到7中任意一個數(shù)表示。例如，若 convxx 中的值為 5，則選擇需要進行ad轉(zhuǎn)換信號的輸入管腳為 adcina5。采樣保持器 b（s/h-b）的任意一個輸入管腳是從8到15中任意一個數(shù)表示。例如，若convxx 中的值為11，則選擇 adcinb3管腳。在本次設計中，采用的輸入管腳是adcina3，因此convxx 中的值為2進入中斷程序的作用為：定時時間到后程序進入中斷模塊，每次進入中斷采樣一次，之后進行中斷標志位清

35、除，響應中斷等過程而重新等待進入中斷；當采樣點數(shù)為512時，采樣結(jié)束。3.7fft模塊dft（傅里葉變換）用于信號分析處理，它是一種非常重要的變換。但是直接計算dft的計算量與變換區(qū)間長度n的平方成正比，但是它比較難在實際應用中實現(xiàn)，尤其是處理大量采樣點時，計算量將會非常大。20世紀中科學家發(fā)現(xiàn)了dft的一種快速算法，使dft的運算效率提高，推動數(shù)字信號的發(fā)展。一個n點序列x(n)的dft為： （3-1）為了減少運算量，把n點dft分解為幾個短dft，可使計算量大幅度減少。另外，旋轉(zhuǎn)因子w的周期性、對稱性可以減少不必要的計算。具體方法如下： 分把一個n點的序列分解為若干個較短的序列，分別計算其

36、dft值； 利用旋轉(zhuǎn)因子的周期性、對稱性進行處理。 周期性： （3-2） 對稱性： （3-3）時域抽取法f思想： 首先，n點序列x(n)分為奇序列x2(n)和偶序列x1(n)，分別計算這兩個序列可求得x(n)的fft。 （3-4）那么x(n)的dft可寫為： （3-5）因為x1(k)和x2(k)的周期都是n/2，同時由于 ， x(k)又可表示為: （3-6）如上式表明，一個n點dft分兩個n/2點的dft，圖3.9表示了上式的運算過程，其成為蝶形運算。 圖3.9 蝶形運算符號第二次分解： 將按r取奇、偶分為2個n/4點的序列 l=0,1,，n/4-1； （3-7） （3-8）將也按r取奇、偶可

37、分解成2個長n/4的子序列 ， 同理得在f2812中，ti公司直接提供了用于計算fft的函數(shù)，因此給我們帶來了很大方便，我們只要學會使用計算fft的如何使用語句即可。實現(xiàn)fft過程如下：fft256.ipcbptr=ipcb;/cal()函數(shù)處理數(shù)據(jù)起始位置fft256.init(&fft256);/復制旋轉(zhuǎn)因子for(i=0;isamplelong/2;i+)ipcbi = ad_datai;rfft32_brev(ipcb,ipcb,n);/位倒序處理fft256.calc(&fft256);/調(diào)用256點復數(shù)fft運算fft256.split(&fft256);/劈分256點復數(shù)結(jié)果m=

38、0;for(i=0;isamplelong/2;i+=2) p=ipcbi;q=ipcbi+1; n=p*p+q*q; n=sqrt(n); modm=n; m+;程序中ipcb是用來存放傅里葉變換后x（k）的數(shù)組，它是復數(shù)形式a+bi，存放形式是實部和虛部間隔存儲，因而需要利用求n來計算它的模值。 第4章 設計結(jié)果（1） 掃頻信號：用示波器觀察，如下圖所示：圖4.1 掃頻信號用示波器觀察，da轉(zhuǎn)換后信號幅值為2v*2.6=5.2v，周期為0.5ms*3=1.5ms=667hz作為輸出信號接后續(xù)電路。（2） 陷波網(wǎng)絡：用示波器觀察，結(jié)果如下。圖4.2 通過陷波網(wǎng)絡的波形在通過陷波網(wǎng)絡掃頻信號如

39、圖4.2所示，左邊是經(jīng)過陷波網(wǎng)絡的不是頻率為3khz的正弦波，右邊是經(jīng)過陷波網(wǎng)絡的頻率為3khz的正弦波，二者的具體數(shù)據(jù)如下：頻率幅值左圖t=0.5ms*2.6=1.3msf=770hz2v*4.5=9v右圖t=0.5ms*0.7=0.35msf=2.86khz1v*1.8=1.8v用示波器觀察，經(jīng)過陷波網(wǎng)絡模塊后其他頻率信號幅值為4.6*2=9.2v，大約是輸入信號5.2v的1.769倍，約等于1.8倍，符合增益kf=1.8（3） 調(diào)理電路：里用示波器觀察，結(jié)果如下圖所示：圖4.3 通過調(diào)理電路的波形頻率幅值左圖t=0.5ms*3=1.5msf=667hz1v*2=2v右圖t=0.5ms*0

40、.7=0.35msf=2.86khz1v*0.4=0.4v（4）ad采樣：用ccs3.1中的viewgraphtime/frequency觀察結(jié)果，如下圖所示。圖4.4 1khz正弦波ad采樣結(jié)果觀察橫坐標是時域的，一個周期波形采集回來之后橫坐標間隔為0.001，單位為s，因此采集到的正弦波的頻率為1khz。（5）fft結(jié)果觀察：用ccs3.1中的viewgraphtime/frequency項觀察，如下圖所示。圖4.5 輸入波形fft結(jié)果輸入的是1khz正弦波，ccs直接分析出輸入波形的頻率，正好在1khz處有一峰值，同時由于輸入的是單極性正弦波，因此在頻率為0處有一個直流分量（橫坐標為頻率

41、域）。圖4.6 1khz正弦波輸入計算fft結(jié)果圖4.5輸出的是經(jīng)過dsp計算1khz正弦波fft的結(jié)果，由于它的橫坐標是時域，因此橫坐標為9.2*10（-4），取倒數(shù)結(jié)果約為1khz，縱坐標誤差較大。最后是畢業(yè)作品的實物圖：圖4.6 作品實物圖第5章 總結(jié)與展望5.1 總 結(jié)在前期準備中，我主要復習了c語言，學習dsp以及濾波器相關(guān)知識，設計過程中通過各種途徑我查閱了很多資料，例如圖書館、上網(wǎng)等，將這些資料全部記錄下來，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，為完成畢業(yè)設計做充分準備 。之后就開始進行軟硬件的各種設計，編程，學習ccs集成開發(fā)環(huán)境，學習建立工程，學習利用dsp的各部分模塊來實現(xiàn)畢業(yè)

42、設計要求的功能，學習設計濾波器，da以及調(diào)理電路，不斷明確設計思路，改進設計方案，最終敲定一個相對比較具體又可以實現(xiàn)的方案，開始進一步設計。接著對設計出來的東西進行調(diào)試修改，使其達到需要的功能，這個過程比較吃力，是一個不斷排查以及修改的過程，費時較多。最后進行論文的編寫。本次設計基本實現(xiàn)了畢業(yè)設計的要求：（1）發(fā)出了掃頻信號，頻率為100hz10khz；（2）制作了中心頻率為3khz的陷波網(wǎng)絡；（3）實現(xiàn)了ad采集以及fft分析，可以分析100hz到10khz的單一正弦波。但是fft分析精度不太高，也只能分析單一輸入頻率，因此有些不完美。5.2 展 望 本次設計精度不太高，因而以后如果想要進一

43、步把它做得更好，精度這一塊可以多下一些工夫提高；同時，由于用電腦顯示頻譜，所以便攜方面是一個問題，今后可以用液晶的方式顯示頻譜，便可增加它的便攜性。參考文獻1 萬山明編著。tms320f281x dsp原理及應用實例. 北京：北京航空航天大學出版社，2007wan ming-shan. the principle and application example of tms320f281x dsp. beijing: beijing university of aeronautics and astronautics press, 2007.2 蘇奎峰、呂強、耿慶鋒、陳圣儉編著。tms320f2812原理與開發(fā).，北京：電子工業(yè)出版社，2005su kui-feng，lv qiang，geng qing-feng，chen sheng-jian. the principle and development of tms320f2812. beijing: publishing house of electronics industry, 2005.3 蘇奎峰、呂強、常天慶、張永秀編著。 tms320x281x+dsp原理及c程序開發(fā) 北京：北京航空