基于tms320vc5402的頻譜分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁
2024-11-10 03:25本頁面
【導(dǎo)讀】頻譜分析頻率范圍：0-30Hz,電源電壓：+5V，,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，C5402完成數(shù)據(jù)處理，ＡＴ８９Ｓ５２單片機(jī)完成控制和顯示，換設(shè)計(jì)，JTAG接口設(shè)計(jì)燈，用Protel軟件繪制出原理圖和PCB圖；的控制及顯示軟件）；第14周：閱讀課程設(shè)計(jì)題，去讀書館借閱或上網(wǎng)收集相關(guān)文獻(xiàn)資料。第15周：仔細(xì)閱讀收集來的文獻(xiàn)資料，規(guī)劃出設(shè)計(jì)的初步方案。[2]張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2020.該系統(tǒng)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的頻域處理。和顯示，采用FFT變換技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。
【正文】 JTAG接口電路 14針 JTAG接口定義引腳名稱描述： 1,13 VCC 接電源 2,4,6,8,10,14 GND 接地 3 nTRST 測(cè)試系統(tǒng)復(fù)位信號(hào) 5 TDI 測(cè)試數(shù)據(jù)串行輸入 7 TMS 測(cè)試模式選擇 ： 軟件設(shè)計(jì)思路： 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 15 軟件設(shè)計(jì)部分主要包含系統(tǒng)初始化，ＡＤ采集，ＦＦＴ變換， FFT信號(hào)分析，ＤＡ轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)顯示和上傳。系統(tǒng)上電，進(jìn)入 main（）函數(shù)后首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，包括系統(tǒng)時(shí)鐘初始化，外設(shè)中斷向量表初始化等等。 采樣： 開始時(shí)，ＣＳ為高電平（芯片處于非激活狀態(tài)），ＤＡＴＡＮ和Ｉ／ＯＣＬＫ無效，ＤＡＴＡＯＵＴ處于高阻態(tài)。當(dāng)串行口使ＣＳ變 低（激活），芯片開始工作，Ｉ／ＯＣＬＫ和ＤＡＴＡＮ能使ＤＡＴＡＯＵＴ不再處于高阻態(tài)。ＤＳＰ通過Ｉ／ＯＣＬＫ引腳提供輸入／輸出時(shí)鐘序列，當(dāng)由ＤＳＰ提供的幀同步脈沖到來后，芯片從ＤＡＴＡＮ接收４ｂ通道選擇地址，同時(shí)從ＤＡＴＡＯＵＴ送出的前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，由ＤＳＰ串行接收。Ｉ／ＯＣＬＫ接收ＤＳＰ送出的輸入序列長(zhǎng)為１０到１６個(gè)時(shí)鐘周期。前４個(gè)有效時(shí)鐘周期，將從ＤＡＴＡ Ｎ輸入的４ｂ輸入數(shù)據(jù)寄存器，選擇所需要的模擬通道。接下來的６個(gè)時(shí)鐘周期提供模擬輸入采樣的控制時(shí)間。模擬輸入的采樣在前１０個(gè)Ｉ／Ｏ時(shí)鐘序列后停止。第１ ０個(gè)時(shí)鐘沿（確切的Ｉ／Ｏ時(shí)鐘邊緣，即上升沿或下降沿，取決于操作的模式選擇）將ＥＯＣ變低，轉(zhuǎn)換開始。 TLV1544 的最高采樣率可以達(dá)到３ＭＨｚ．由于采集的數(shù)據(jù)要進(jìn)行存儲(chǔ) 要花費(fèi)一定ＣＰＵ時(shí)間，所以采樣率一般要控制在１Ｍ左右，采樣點(diǎn)數(shù)為５１２點(diǎn)，采樣時(shí)間為５１２／１Ｍ＝５１２ｎｓ，ＦＦＴ變換大概需要２１ｎｓ的時(shí)間，比樣本積累時(shí)間小的多，非常接近實(shí)時(shí)性，對(duì)信號(hào)要求不能大于３２０ＫＨｚ對(duì)頻率低的信號(hào)可以由軟件控制，降低采樣率，保證５１２點(diǎn)采樣一個(gè)周期． 算法過程： FFT算法很多，但在定點(diǎn) ＤＳＰ上實(shí)現(xiàn)需要考慮具體的一些問題．首先要確定采樣點(diǎn)數(shù)，ＦＦＴ的點(diǎn)數(shù)與頻譜分辨率有直接關(guān)系，采樣率為ｆｓ的Ｎ點(diǎn)ＦＦＴ頻率分辨間隔為２ｆｓ／Ｎ，頻譜寬度從０到ｆｓ／２．頻率分辨間隔越小，頻率分辨率越高，對(duì)于周期信號(hào)，如果Ｎ點(diǎn)恰好包含一個(gè)或整數(shù)個(gè)周期，則信號(hào)頻譜上將在對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)上出現(xiàn)尖峰，否則譜上沒有正好與信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，此頻點(diǎn)能量將分散到相鄰的頻點(diǎn)上，實(shí)際的信號(hào)包含多種頻率成分，樣點(diǎn)不可能正好是這些分量周期的整數(shù)倍，在Ｎ較小時(shí)，兩個(gè)頻率相近的分量可能在頻譜上無法分辨，而提高分辨率，增大Ｎ值，將使ＦＦＴ運(yùn)算量 增加，綜合考慮實(shí)時(shí)性和分辨率，選取了Ｎ等于５１２點(diǎn)． 當(dāng)Ｎ值確定后，提高采樣率將縮短采樣時(shí)間，降低頻率分辨率，得不到低頻分量的信息，因此需要根據(jù)信號(hào)的頻率范圍調(diào)整采樣時(shí)間，可以在ＡＤ采樣程序中設(shè)置采樣率 在測(cè)試間采樣率定為１ｋ． 頻譜分析系統(tǒng)原理圖： 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 16 低 通 濾 波器取 樣 電路A / D存 儲(chǔ) 器D S P D / A顯 示控 制 器 ： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化調(diào) 入 數(shù) 據(jù)調(diào) 入 系 數(shù)數(shù) 據(jù) 倒 序F F T 變 換結(jié) 束 在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，通過仿真器與設(shè)備 PCB板相連接，在 CCS環(huán)境中可以查看和采集到的波形及經(jīng)過 FFT變換后的波形圖。 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 17 本頻譜分析系統(tǒng)的特點(diǎn)在于充分利用仿真器及 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境強(qiáng)大的運(yùn)算性能和豐富的外設(shè)，接口。對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)際采集表明 :對(duì)于頻率在 0～ 30kHz 范圍內(nèi)的信號(hào) ,能夠完成其頻譜分析 ,且滿足實(shí)時(shí)性的要求。但是 ,本系統(tǒng)還存在一些不足的地方需要改進(jìn)，實(shí)質(zhì)性不好，整個(gè)設(shè)計(jì)模塊功能單一，精度和目前市場(chǎng)頻譜分析系統(tǒng)還存在很大的差距，頻譜分辨度有待提高； FFT 算法還可以進(jìn)一步優(yōu)化等。比如 :由于 A/D 的采樣速率決定了處理信號(hào)的頻率為 30kHz 以下 ,在做頻譜分析之前需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率范圍估計(jì) 。再有 ,在算法上可以對(duì) FFT 進(jìn)一步優(yōu)化。這些都是我們今后研究中要改進(jìn)的方面。本文作者創(chuàng)新點(diǎn) :把 TMS320VC5402DSP 作為系統(tǒng)據(jù)處理核心 ,以 AT89S52 單片機(jī)作為系統(tǒng)事務(wù)處理核心 ,設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明 :本系統(tǒng)能對(duì)頻率在 0～ 30kHz 的范圍內(nèi)的信號(hào)很好地完成頻譜分析。 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 18 參考文獻(xiàn) [1]劉鋒 .頻譜分析儀中 DSP結(jié)構(gòu)分析 [J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊， 2020,27（ 4）： 100107. [2]張雄偉，曹鐵勇 .DSP芯片的原理與 開發(fā)應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [3]喬瑞萍，催濤，張芳娟 .TMS320C54XDSP 原理及應(yīng)用 [M].西安：電子科技大學(xué)出版社，. [4]吳宏鋼 ,秦樹人 .基于 DSP 技術(shù)的虛擬式 FFT 頻譜分析儀 [J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ).2020 .07. [5]肖紅兵，李冬梅，李暉 .TMS320C5402 DSP 在嵌入式測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用 [J].微計(jì)算機(jī)信息，,2:6769. [6]施銳 ,吳瓊 ,陳健 . 一種 DSP芯片內(nèi)的集成主機(jī)接口 ——— TMS320 系列 HPI實(shí)用介紹 [J].電聲技術(shù) ,1999, 1 :4850. [7]李靜梅，鄭超峰，金玉萍 .基于 FPGA的 FFT算法實(shí)現(xiàn) [J].應(yīng)用科技， 2020,36（ 2）： 3840. [8]王金龍，任國(guó)春 .DSP設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)教程 [M].北京：機(jī)械出版社， 2020. [9]許開宇，祝忠明 ，盧亞玲。數(shù)字信號(hào)處理 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [10]紀(jì)震，鐘春 .DSP系統(tǒng)入門與實(shí)踐 [M]。電子工業(yè)為出版社， 2020.
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