【正文】 WM）控制。C2000為此專門設計了能產生PWM的事件管理器（EV），用戶可以方便地用來生成PWM，調節(jié)死區(qū)等。一個典型的應用實例為AB公司變頻器（電機控制器）。事實上絕大多數電機控制，包括步進電機，都是采用PWM控制，都適合采用DSP C2000控制，可獲得更好的細分、速度與精度。(1) 數字信號處理器的內核結構進一步改善，多通道結構和單指令多重數據(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導地位，如Analog Devices的ADSP2116x。ADSP產品(2) DSP和微處理器的融合：微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務，但是數字信號處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應用中均需要同時具有智能控制和數字信號處理兩種功能，如數字蜂窩電話就需要監(jiān)測和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結合起來，用單一芯片的處理器實現這兩種功能，將加速個人通信機、智能電話、無線網絡產品的開發(fā)，同時簡化設計，減小PCB體積，降低功耗和整個系統(tǒng)的成本。例如，有多個處理器的Motorola公司的DSP5665x，有協處理器功能的Massan公司FILU200，把MCU功能擴展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SHDSP，都是DSP和MCU融合在一起的產品?；ヂ摼W和多媒體的應用需要將進一步加速這一融合過程。(3) DSP和高檔CPU的融合：大多數高檔GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令組的超標量結構，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預示和動態(tài)緩沖技術，結構規(guī)范，利于編程，不用擔心指令排隊，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足數字信號處理器領域將會加速這種融合。(4) DSP和SOC的融合：SOCSOC(SystemOnChip)是指把一個系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個系統(tǒng)包括DSP 和系統(tǒng)接口軟件等。比如Virata公司購買了LSI Logic公司的ZSP400處理器內核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如USB、10BASET、以太網、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，應用在xDSL上，得到了很好的經濟效益。因此，SOC芯片近幾年銷售很好。1999年，約39%的SOC產品應用于通訊系統(tǒng)。今后幾年，SOC將以每年31%的平均速度增長，到2004年將達到13億片。毋庸置疑，SOC將成為市場中越來越耀眼的明星。(5) DSP和FPGA的融合：FPGA是現場編程門陣列器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實現寬帶信號處理，大大提高信號處理速度。據報道，Xilinx 公司的VirtexII FPGA對快速傅立葉變換(FFT)的處理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供編程。Xilinx公司開發(fā)出一種稱作Turbo卷積編譯碼器的高性能內核。設計者可以在FPGA中集成一個或多個Turbo內核，它支持多路大數據流，以滿足第三代(3G)WCDMA無線基站和手機的需要，同時大大WCDMA無線基站節(jié)省開發(fā)時間，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在無線通信、多媒體等領域將有廣泛應用。 小波分析斷路器在分合閘操作中所產生的振動信號是一系列無規(guī)則的信號量，這些振動信號中還會夾雜著各種各樣的噪聲干擾和隨機振動。斷路器的機械振動信號是典型的帶有噪聲的非平穩(wěn)信號，分析比較困難。傳統(tǒng)的機械振動信號處理方法采用傅立葉變換進行分析，基于傅立葉變換的FFT頻譜分析在全頻域范圍內分辨率理論上可達無窮大，但時域分辨率為零，因此不適合對非平穩(wěn)信號進行分析。小波變換具有“變焦”的特點和良好的時頻局部化特性，可以把信號在空間和頻域上局部化。近年來，小波分析在電力系統(tǒng)故障診斷、信號消噪等方面得到廣泛的應用。實踐證明，利用小波變換分析振動信號能取得更好的效果。，通過物理的直觀和信號處理的實際需要經驗的建立了反演公式，當時未能得到數學家的認可。幸運的是，早在七十年代，、Hardy空間的原子分解和無條件基的深入研究為小波變換的誕生做了理論上的準備，；，小波分析才開始蓬勃發(fā)展起來，《小波十講（Ten Lectures on Wavelets）》對小波的普及起了重要的推動作用。它與Fourier變換、窗口Fourier變換（Gabor變換）相比，這是一個時間和頻率的局域變換，因而能有效的從信號中提取信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數或信號進行多尺度細化分析（Multiscale Analysis），解決了Fourier變換不能解決的許多困難問題，從而小波變化被譽為“數學顯微鏡”，它是調和分析發(fā)展史上里程碑式的進展。小波分析是當前應用數學和工程學科中一個迅速發(fā)展的新領域，經過近10年的探索研究，重要的數學形式化體系已經建立，理論基礎更加扎實。與Fourier變換相比，小波變換是空間(時間)和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運算功能可對函數或信號進行多尺度的細化分析，解決了Fourier變換不能解決的許多困難問題。小波變換聯系了應用數學、物理學、計算機科學、信號與信息處理、圖像處理、地震勘探等多個學科。數學家認為，小波分析是一個新的數學分支，它是泛函分析、Fourier分析、樣調分析、數值分析的完美結晶；信號和信息處理專家認為，小波分析是時間—尺度分析和多分辨分析的一種新技術，它在信號分析、語音合成、圖像識別、計算機視覺、數據壓縮、地震勘探、大氣與海洋波分析等方面的研究都取得了有科學意義和應用價值的成果。小波分析的應用是與小波分析的理論研究緊密地結合在一起地?，F在，它已經在科技信息產業(yè)領域取得了令人矚目的成就。電子信息技術是六大高新技術中重要的一個領域，它的重要方面是圖像和信號處理。現今，信號處理已經成為當代科學技術工作的重要部分，信號處理的目的就是：準確的分析、診斷、編碼壓縮和量化、快速傳遞或存儲、精確地重構（或恢復）。從數學地角度來看，信號與圖像處理可以統(tǒng)一看作是信號處理（圖像可以看作是二維信號），在小波分析地許多分析的許多應用中，都可以歸結為信號處理問題?，F在，對于其性質隨時間是穩(wěn)定不變的信號，處理的理想工具仍然是傅立葉分析。但是在實際應用中的絕大多數信號是非穩(wěn)定的，而特別適用于非穩(wěn)定信號的工具就是小波分析。（1） 信號的濾波小波濾波方法目前在分析化學中應用主要是小波平滑和小波去噪兩種方法。小波平滑是將某一信號先經小波分解，將在時間域上的單一信號分解為一系列不同尺度上的小波系數(也稱不同頻率上的信號)， 然后選定某一截斷尺度，使高于此尺度的小波系數全部為零，再重構信號，這樣就完成了一個低通小波濾波器的設計；而小波去噪，則是在小波分解基礎上選定一閾值，對所有尺度空間的小波系數進行比較，使小于此閾值的小波系數為零，然后重構信號。（2） 信號小波壓縮信號經小波分解之后，噪音信號會在高頻部分出現，而對于有用的信號分量大部分在低頻部分出現，據此可以將高頻部分小波系數中低于某一閾值的系數去除，而對其余系數重新編碼，只保留編碼后的小波系數，這樣可大大減少數據貯存量，達到信號壓縮的目的。（3） 小波多尺度分析在多尺度分析方面的應用主要是對化學電信號進行小波分解，使原來單一的時域信號分解為系列不同頻率尺度下的信號，然后對這些信號進行分析研究。小波在色譜信號處理方面的應用，主要是對重疊色譜峰的解析。MATLAB意即矩陣實驗室，是一種建立在向量、數組和矩陣基礎上，面向科學與工程計算的高級語言，它集科學計算、自動控制、信號處理、神經網絡、圖像處理于一體，具有極高的編程效率。從7O年代中期開始， 經Cleve Moler等研究開發(fā)了調用LINPACK和EISPACK的FORTRAN子程序庫，Cleve Moler編寫了方便使用LINPACK和EISPACK的接口程序，并把這個接口程序取名為MATLAB，1983年春，Johr．Little和Moler、Steve、Banqert一起合作開發(fā)第二代專業(yè)版的MATLAB，MATL B的核心開始用C語言編寫， 同時增加了繪圖和圖形功能。1984年，MATLAB公司成立并出了MATLAB最初版本。之后，1992年、1993年、1994年、1997年相繼推出了MATL B4．0版、微機版和Windows版、MATLAB4．2版、適用于Windows95的MAT_LAB5．0和SIMULINK2．0，它實現了32位運作，數值計算的速度也更快，圖形表現更豐富有效，編程更簡捷直觀，用戶界面更友好。2000年l0月、2002年8月Mathworks公司進一步推出了MA ⅡAB6．0版、MATLAB6．5版已經開始發(fā)布了。每一次版本的推出都使MATLAB有了長足的進步，界面越來越友好，內容越來越豐富．功能越來越強大?，F在，MATLAB有30多個工具箱(TOOLBOX)功能極其強大，如神經網絡、優(yōu)化、小波分析、信號、圖像處理、控制系統(tǒng)、偏微分方程、模糊邏輯、統(tǒng)計分析、樣條、系統(tǒng)辨識等，為科學研究和工程計算提供了一個方便有效的工具。MATLAB具有超強的數據處理能力，被廣泛的應用于信號處理、自動控制等領域，而且它的圖形用戶界面編程技術(GUIDE)簡單易學，即使非專業(yè)人員也能編制出界面友好、功能強大的應用程序。 總體方案設計系統(tǒng)測試如圖23所示，當永磁機構工作時，產生的振動信號通過加速度傳感器、信號調理電路、A/D轉換電路、串行異步通信電路后進入PC機，利用MATLAB進行小波分析，同時存儲并畫出頻譜圖，通過觀察振幅最大處的頻率就可以觀察振動物體運行情況。圖23 測試系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件包括加速度傳感器、信號調理、積分放大電路、A/D轉換電路、信號處理及數據傳輸電路?！?，經過信號調理放大電路后，輸出到A/D轉換電路，由A/D完成模擬量信號到數字信號的轉換。軟件由兩部分組成：一是數據采集，數據采集時利用A/D的定時觸發(fā)采樣，并將采樣后的數值存儲在某個數據文件中；二是數據處理、圖形選擇和顯示。從數據文件中讀出數據，在時域圖形上顯示。用戶可以在時域數據基礎上作小波變換變換，并顯示頻譜圖。3 系統(tǒng)硬件電路設計 信號調理電路壓電加速度傳感器的前置放大電路有兩個作用：一是把壓電傳感器的微弱信號放大。另一個是把傳感器的高阻抗輸入變?yōu)榈妥杩馆敵?。根據壓電加速度傳感器的等效電路，它的輸出可以是電壓，也可以是電荷，因此前置放大電路也有兩種形式:電壓放大器和電荷放大器。由于傳感器與電壓放大器相聯時，系統(tǒng)輸出電壓與電纜電容C有關，而電纜電容又受電纜的長度決定。所以電壓放大器的靈敏度隨連接電纜的長度變化而變化，而電荷放大器則不受影響。因此，本設計采用電荷放大器。電荷放大器是一種測量儀器，一般由電荷轉換部分，適調放大器，高低通濾波器，輸出放大級，穩(wěn)壓電源和過載指示等幾個部分組成，其原理框圖如圖31所示:圖31 電荷放大器框圖壓電加速度傳感器輸出的高阻電荷信號Q首先經電荷轉換部分轉變?yōu)榈蛢茸桦妷盒盘?，再經適調放大器歸一后送入高低通濾波器，經輸出放大級進行放大，最后輸出。電荷轉換部分是整個電荷放大器的核心部分，這部分的輸出電荷信號Q轉換成電壓信號V。它是由運算放大器和反饋網絡組成，理想情況下這部分電路的輸入電阻應該無窮大。一般輸入級多采用場效應晶體管，輸入阻抗可以達到1010?，F在隨著集成電路的發(fā)展，已出現集成了高阻輸入級的運放，輸入阻抗可達到1012以上。高阻運放的出現使得在輸入級可以不用再采用由場效應管組成的高阻電路來提升輸入阻抗，這就簡化了這部分電路的設計和調試，提高了這部分電路的集成度和性能，降低了設計成本。本設計中，我們采用的運算放大器就是這種集成了高阻輸入級的高阻運算放大器，TI公司的TL084芯片，其輸入阻抗為1012，帶寬為3MHz，開環(huán)增益為105，而且還有內部調零電路。具體參數性能可參見TL084的數據手冊。所以完全能滿足本設計的理論要求。本部分電路如圖32所示。圖32 電荷轉換原理圖為了保證精度，反饋電容采用穩(wěn)定性及絕緣電阻高的精密聚苯乙烯電容，%以下。一般輸出電壓在1:10V范圍內變化為宜，為保證電路的增益，反饋電容不能取太大，考慮到壓電加速度傳感器的輸出電荷量，反饋電容Cf一般不超過1OOOOPF，但是反饋電容也不可選得太小，以免因寄生電容得影響給電路調試和使用造成困難一般Cf不小于1OOPF。這部分的作用是當被測非電量(加速度或壓力)一定時，用不同靈敏度的傳感器去測量時，有相同的輸出，以便處理記錄下來的圖形和數據。假定傳感器的電荷靈敏度為SQ=Q1/g，電荷轉換部分的增益為KQ=V1/Q1，適調部分的增益為Ki=V0/V1，則總的傳遞系數為三者的乘積；KQSQKI== （31）圖33 適調放大電路原理圖圖34 電荷轉換和適調部分電路原理圖當增益開關選好后，即反饋電容Cf一定，KQ是常數，傳感器的靈敏度不同時，即每個g所產生的Q1不一樣，這時我們適當調節(jié)適調部分的增益K1，就能使總增益K不變。電路原理如圖33所示。本設計的核心部分電荷轉換和適調部分電路如圖34所示，電荷轉換部分的反饋電阻為1OOM?，反饋電容為1000PF，，RC并聯電路的作用是消除振蕩和產生超前相移。運算放大器正向輸入端的2K電阻是根據運算放大器的本身性能選擇的。電荷轉換部分的運算放大器的兩個調零端還需接入調零電路，減小運放的失調電壓，具體可參見芯片的數據手冊。電源采用15V直流電源。壓電加速度傳感器是一個若阻尼的振動系統(tǒng)，因此它的幅頻特性的高頻段有一個很高的共振峰，此峰值嚴重地引起了高頻噪聲，并對輸入信號產生失真和干擾。為此，需在放大器中采用低通濾波器，以補償傳感器引起的高頻幅頻特性。另外，在某些振動測試中，電荷放大器的通頻帶有時遠遠高于實際的需要，而無用的高頻頻帶的存在對低頻測試只會帶來壞的影響。所以在系統(tǒng)中就非常有必要采用低通濾波器，它只能讓低頻交流分量通過，使無用的高頻分量受到較大的衰減。圖35 有源低通濾波