【正文】 ?????????????????????? ????????????????????????????? ????????????????????????????? ??????????????????????????? ????????????????????????? FFT算法進(jìn)行頻譜分析 ?????????????????????? ?????????????????????????????? ?????????????????????????????? 3 硬件設(shè)計 ????????????????????????????????? ???????????????????????????? DSP部分 ???????????????????????????????? DSP系統(tǒng)的構(gòu)成 ??????????????????????????? DSP芯片的選擇依據(jù) ????????????????????????? TMS320C54xx具有以下硬件優(yōu)點 ???????????????????? 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） TMS320C54xx DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu) ??????????????????? ??????????????????????? ?? ???????????????????????? 二次開發(fā)擴展子板接口 ??????????????????????? DSP的多通道緩沖串口 (McBSP) ??????????????????? A/D部分 ??????????????????????????????? ????????????????????????? 模擬輸入通道的電路設(shè)計 ?????????????????????? 時鐘信號的選擇 ?????????????????????????? 電源和接 地 ???????????????????????????? 與 DSP的接口電路設(shè)計 ??????????????????????? AD73360的數(shù)據(jù)編碼格式 ?????????????????????? AD73360的編程方法 ??????????????????????? 4 軟件開發(fā)環(huán)境 ??????????????????????????????? CCS的介紹 ??????????????????????????????? ???????????????????????? 實時分析 ????????????????????????????? 實時數(shù)據(jù)交換 (RTDX)???????????????????????? 實時 DSP環(huán)境 ??????????????????????????? 數(shù)據(jù)可視化 ????????????????? ??????????? CCS環(huán)境下進(jìn)行軟件開發(fā)的流程 ?????????????????????? 軟件編寫 ??????????????????????????????? 總體流程圖 ???????????????????????????? 主程序流程圖 ??????????????????????????? FFT流程圖 ????????????????????????????? McBSP初始化程序 流程圖 ??????????????????????? AD73360初始化程序流程 ??????????????????????? 軟件調(diào)試 ???????????????????????????????? 剖析點的調(diào)試 ??????????????????????????? FFT程序編寫時需要注意的問題 ???????????????????? 5 實驗結(jié)果分析 ??????????????????????????????? FFT算法中補零運算 ??????????????????????????? ??????????????????????????? ?????????????????????????????? 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 6 結(jié)論 ????????????????????????????????? 參考資料 ????????????????????????????????? 致謝 ????????????????????????????????? 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 1 緒論 問題的提出 電力系統(tǒng)運行是，理想情況下它應(yīng)以額定電壓和額定功率向用戶供電。 波形畸變是指交流電力系統(tǒng)中電壓或電流波形偏離了正弦波。 (5)對繼電保護、自動控制裝置和計算機系統(tǒng)產(chǎn)生干擾和造成誤動作 。研制一種新型的諧波監(jiān)測裝置、有效的進(jìn)行諧波的監(jiān)測，對于保證電力系統(tǒng)運行的安全性，經(jīng)濟性和可靠性都具有重要意義。這是擺在我們電力工作者面前難得的機遇和挑戰(zhàn)。凡是用數(shù)字方式對信號進(jìn)行濾波、變換、增強、壓縮、估計和識別等都是數(shù)字信號處理的研究對象。這種 DSP 是一種專用的綜合性微處理器，專門處理以運算為主的信號攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） 處理應(yīng)用系統(tǒng)。DSPS 即 DSP 芯片制造商隨 DSP 芯片提供的應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。 (3)采用流水線結(jié)構(gòu)。包括并行口，串行口， DMA 控制器和片內(nèi) I/O 口可以提高數(shù)據(jù)交換的速度，減少系統(tǒng)復(fù)雜性。 主要工作包括 : (1)簡要的回顧和分析當(dāng)前電力系統(tǒng)的諧波問題、研究現(xiàn)狀及其測量裝置存在的問題。 得電流的有效值為： ?? ?? ??? 1210 0 )]s in (2[1n nnT dttnIITI ?? ????? 1220n nUI （ ）同理得： ????? 1220n nUUU （ ） 有功功率的計算 又因任意波形的周期性交流電路的有功功率取決于一周期內(nèi)的平均功率： ?? TuidtTp01 （ ） 所以有： 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） dttnIItnUUTP n nT n nn ?????? ????????? ??? ?? ? ???? 1 1000 1 10 )s i n (2)s i n (21 ???? （ ） 又因為不同頻率正弦波瞬時值的乘積在一周內(nèi)的平均值等于零，經(jīng)積分后得： ????? 100 )s in (N nnn IUIUP ? 式中： nnn ??? ?? （ ） 這就是說，非正弦周期分量的平均功率等于恒定功率分量與各次諧波構(gòu)成的平均功率之和，即僅有同頻率的電壓和電流才構(gòu)成有功功率，而不同頻率的電壓和電流則不構(gòu)成有功功率。 視在功率的計算 在非正弦情況下，視在功率可定義為： ? ????????? 1 1220220 ))((n n nn IIUUUIS （ ） 顯然： 222 QPS ?? 。電力系 統(tǒng)諧波含量小、頻率高、變化因素多且頻繁，主要分兩種變化 : (1)隨機性的變化，為小周期、短間隔的不規(guī)則性變化，反映出諧波為隨機變量的特征。諧波電壓含量為 : 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） ???? 22n nH UU （ ） 為了說明某次諧波分量的大小，常以該次諧波的有效值與基波有效值的百分比表示，成為該次諧波的含有率 HRn (Harmonic Ratio)，如第 n 次諧波電壓含有率 nHRU 為 : %1001 ?? UUHRU nn （ ） 諧波的分析 諧波分析方法是對周期性的非正弦波形 (畸變波形 )利用傅立葉級數(shù)及傅立葉變換，分解為基波及各次諧波的方法。如果無限求和對全部。但是，一個連續(xù)時間周期信號的傅立葉級數(shù)表示，通常需要 無窮多個成諧波關(guān)系的復(fù)指數(shù)，而對于任何令離散時間點為 N的離散時間信號的傅立葉級數(shù)，只需要 N 個成諧波關(guān)系的復(fù)指數(shù)?，F(xiàn)在由于計算機計算能力的提高，考慮到電力系統(tǒng)頻率變化較為緩慢的特點，可以用軟件頻率跟蹤代替硬件的頻率跟蹤。這里，對 A/D 設(shè)置的采樣速率為 8k/s，采樣間隔為 125us。 經(jīng)上述運算后，即可得到實際信號等間隔的 !28 點采樣值。 蝶形運算 時間抽取 pt, T 是將 N 點的輸入序列 ./(n)按照偶數(shù)和奇數(shù)分解為偶序列和奇序列兩個序列 : 偶序列： )2(),4(),2(),0( ?Nffff ? 奇序列： )1(),5(),3(),1( ?Nffff ? 因此， )(nf 的 N點 FFT 可以表示為： 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計（論文） ? ????????? 120120)12(2 )12()2()( NnNnknNnkN WnfWnfkF 其中： 12,1,0 ?? Nk ? （ ） 因為： 22(222(2 ][][ NNjNjN WeeW ??? ?? ?? （ ） 故： ? ????? ???120120 22 )12()2()(NnNnnkNkNnkN WnfWWnfkF （ ） 令： ????120 2)2()(NnnkNWnfkY ， ??? ??120 2)12()(NnnkNWnfkZ （ ） 則有： )()()( kZWkYkF kN?? （ ） 由于 )(kY 和 )(kZ 的周期為 N/2，因此上式的 k 的范圍是 0 到 12?N 。這個過程叫做組合。每個表中有 N 項，對應(yīng) 00和 1800， 128=27〈 28因此每張表排隊的開始地址就必須是 8個 LSB 位為。但置亂是有一定規(guī)律的，這個規(guī)律 就是所謂的“碼位倒序”，或稱“比特反轉(zhuǎn)”?？梢源蠓葴p少運算次數(shù)，這時需要的復(fù)數(shù)乘法和加法的次數(shù)由原來的 2N 次減為NN 2log 。 A/ D 完成電壓和電流信號的采集， DSP 完成對采集到的信號進(jìn)行 FFT 變換和其它相關(guān)的數(shù)學(xué)運算，充分發(fā)揮其運算能力強的特長。不 同的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場合、應(yīng)用目的等不盡相同，對 DSP 芯片的選擇也是不同的。如 TMS320C40 的運算能力為 275MOPS； (6)MFLOPS:即每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。即使是同一系列的 DSP 芯片 (如 TI 的 TMS320C54x 系列 )中，不同 DSP 芯片也具有不同的內(nèi)部硬件資源，可以適應(yīng)不同的需要。 6. DSP 芯片的功耗 在某些 DSP 應(yīng)用場合，功耗也是一個需要特別注意的問題。而浮點 DSP 芯片的優(yōu)點是運算精度高，且 C語言編程調(diào)試方便，但價格稍貴，功耗也較大。數(shù)字濾波就是這種情況。例如 MS320LC54980 的指令周期為 ，設(shè)幀長為 20ms，則一幀內(nèi)TMS320LC54980 所能提供的最大運算量為 160 萬條指令。 （ 5）多處理單元可以在一個指令周期內(nèi)同時進(jìn)行運算，而這種結(jié)構(gòu)恰好滿足了數(shù)字信號處理中的一些特殊要求如 FIR, IIR, FFT 等運算。較、選擇和存儲單元 (CSSU)。如果 MP/ MC 弓 l腳為低電平，程序從內(nèi)部 ROM的 OFF80H 單元開始執(zhí)行，這個單元存有轉(zhuǎn)移到引導(dǎo)程序開始處狗轉(zhuǎn) 移指令。一些專用的 DSP 還自帶一些專用的映射寄存器。這個計時計數(shù)器在每個時鐘周期結(jié)束后減 l，每當(dāng)計數(shù)器置 0時就會產(chǎn)生一個定時中斷 。