基于DSP的数据采集和频谱分析系统设计_杜治芸

山西电子技术　

文章编号:167424578(2010)0120003202

应用实践　

基于DSP的数据采集和频谱分析系统设计

杜治芸,王　巍

(重庆邮电大学光电工程学院,重庆400065)

摘　要:设计了一种实时信号频谱分析系统,该系统以TMS320F2812DSP作为系统数据处理核心,外扩14位高精度ADC,用FFT技术对信号频域进行分析。频谱分析的结果可实时显示并上传至上位机。通过对内部RAM的分块使用、在RAM中运行程序、利用中断实现任务调度等措施对软件进行优化设计,系统的实时性能良好。

关键词:频谱分析;DSP;FFT中图分类号:TN409　　文献标识码:A

,,之后通过AD转换,转变成数字信号,在DSP中进行信号分析。由于

TMS320F2812具有外部总线和大量的GPIO,所以可以很方

0　引言

,为通信、雷达、遥控。利、提供大的测量动态范围,而且能够利用其所具有的各种测试功能对信号频率、电平、信号频谱纯度及抗干扰特性进行分析。

频谱分析主要就是将时域信号转化为频域进行处理,一般要求使用时窗技术,如快速傅氏变换(FFT)、离散傅氏变换(DFT)等。如果采样点为N,直接DFT运算需要N2次乘法操作,需要大量的运算时间。20世纪60年代,Coolley和

Tuckey提出了FFT,可以将运算减少到(N/2)log2N次乘法,

便的直接利用总线扩展AD和LCD显示,且由于其强大的处理能力,能够实时完成信号的采集、分析、结果显示、数据上传等功能。

1.2　信号前向处理电路设计

信号的前向处理主要进行了隔离和低通滤波。隔离采用精密隔离放大器ISO124来实现,它通过封装在器件内部的2pF的隔离电容来实现输入级和输出级信号的隔离。它防止了可能损害信号的不同地电位之间的环路电流的干扰存在,阻止了可使信号受损的噪声通过信号的传播,将每个信号分离到一个干净的信号子系统。由ISO124输出的隔离后的信号带有大量的高频信号,所以在进行AD采样前要对信号进行模拟滤波。模拟滤波采用连续时间滤波器

MAX274来完成。1.3　AD转换设计

F2812内部带有12位的AD转换模块,考虑到信号采集

因此FFT成为频谱分析的核心算法[123]。

本文设计了一种基于DSP的数据采集和频谱分析系

[4]统。该系统以TI公司的定点DSP芯片TMS320F2812作为

数据处理和控制核心,利用该系统完成频谱分析FFT算法及优化,并通过AD、LCD等外围电路的控制,组成了具有数据采集、实时数据处理和频谱显示功能的硬件平台,在该平台上实现数字化的频谱分析系统。

1　频谱分析系统硬件设计

本装置是以TMS320F2812芯片为核心,构建DSP最小系统,在此基础上外围扩展信号隔离和滤波电路、A/D采集电路、液晶显示电路、SCI接口电路等,实现对信号的幅值分析,相位分析,频率分析,并将分析的结果通过RS232接口传送到上位机。

1.1　硬件方案

系统的硬件实现方案如图1所示

:

和分析的精度,本系统外扩了14位的AD转换芯片MAX1320。其独立的采样/保持(T/H)电路为每一通道提供了同时采样,可以保持输入信号间的相对相位信息。

1.4　其它电路设计

除上述信号调理电路和AD转换电路外,还有LCD显示电路、F2812最小系统、RS232通讯电路等,这些功能模块已经有经典电路可以参考,在此不再赘述。

2　频谱分析系统软件设计

2.1　软件设计思路

软件设计部分主要包含系统初始化、数据采集、FFT信号分析、结果显示和上传。系统上电,进入main()函数后,首先进行系统的初始化,包括系统时钟初始化、外设中断向

图1　硬件实现结构图

量表初始化、GPIO初始化、外部扩展总线XINTF初始化、SCI

收稿日期:2009-09-22

作者简介:杜治芸(19862),女,湖北人,硕士研究生,主要从事数字信号处理的FPGA实现方向的研究。

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