【正文】 ataR[64]=dataR[64]+dataR[i]*dataR[i]。在本程序，其計算公式為[7] (4－1)程序實現(xiàn)為： for(i=0。本設計中，只考慮電壓有效值和各次諧波含量及THDU的計算問題。//啟動下一次轉換 P_real++。 ADCSRA|=(14)。F_done=1。 A/D采集與存儲交流電壓信號量的采集結果由定時器中斷控制，每次定時中斷讀取一次ADC結果，存入dataR數(shù)組中并啟動下一次A/D轉換，這樣帶來的問題是每組第一個數(shù)據(jù)與第二個數(shù)據(jù)的采集時間間隔要遠遠大于1/3200秒，因此需要多采集一個數(shù)據(jù)并舍去第一個數(shù)據(jù)。R0=0x24。相應的寄存器設置為：TCCR0=0x0B。timer0的設置需要計算，因為采樣間隔時間為1/3200秒， MHz，由7372800=3200*64*36,可以得到，8位的timer0如果采用64分頻，則從0計數(shù)到36就是1/3200秒。對UART的設置為9600kbps, 8 Data, 1 Stop, No Parity, Asynchronous,相應的寄存器設置為UCSRA=0x00；UCSRB=0xD8；UCSRC=0x86；UBRRH=0x00；UBRRL=0x2F。 寄存器初始化寄存器的大部分設置可以通過CodeVisionAVR提供的CodeWizardAVR工具設置和生成。此外，程序中定義兩個bit F_done=0表示采集完成；unsigned char P_real=0表示采集數(shù)據(jù)的數(shù)組指針和char I_average=0采集完成次數(shù)作為程序分支的控制。float dataI[65]={0}是FFT計算中用到的虛部數(shù)據(jù)。定義float dataR[65]={0}存放采集得到的數(shù)據(jù)，因為采集的第一個電壓數(shù)據(jù)是上次FFT計算前就已經量化出來的了，所以程序中采用一個變通的辦法，多采集一個數(shù)據(jù)，在FFT計算前將其舍去。char tempstrnm[16]。但存儲在Flash ROM中的字符串不能直接調用，因此需要用庫中的char *strcpyf(char *dest,char flash *src)等函數(shù)將其復制到SRAM中的dest字符串數(shù)組中使用。flash是CodeVisionAVR中的保留字符，是對ANSI C語言的擴充，編程程序會把flash修飾的常量存儲到Flash ROM中，運行時不會在占用多余的SRAM空間。諧波分析的主體程序流程如圖4－1左，定時器中斷程序流程如圖4－1右。諧波分析程序通過定時器中斷產生固定的采樣時間，在定時器中斷中將采樣來的數(shù)據(jù)讀出并存儲。MAX232內部有兩組電平轉換電路，這里僅用到一對，接線電路按照美信公司提供的技術手冊接線，如圖3－7。圖3－6信號處理過程示意圖 TTL與RS－232電平轉換電路與接口單片機與上位機通信需要用到串行接口，單片機的異步串行口輸出的是TTL電平，而普通計算機使用的是RS－232協(xié)議標準的電平，因此單片機連接與上位機之間使用串行口通信時需要一個TTL與RS－232電平轉換的電路。ADC能測量的電壓范圍是0～，留出來的10％左右的裕量是因為供電系統(tǒng)的電壓也可能會有10％的波動，留出來的裕量不夠，采樣出來的波形會削掉波峰和波谷，會為諧波分析帶來嚴重的影響。圖3－5信號預處理電路具體的做法如圖3－5所示，由LM358N的一只運算放大器與R01,R02，R03構成一個加法電路，R03為負反饋電阻，根據(jù)運放的‘虛斷’、‘虛短’性質，可以得到是－5V電源電壓經電位器R04分壓得到的一個負的靜態(tài)偏置電壓；是交流信號經電位器R05分壓后得到的一個幅值更低的交流信號；有效值約為9V，R04和R05的耗散功率可由公式得到，因此選用普通的1/8w可變電阻即可，不用再考慮耗散功率的問題。圖3－4 熔絲位配置界面 信號預處理電路電壓信號經過隔離以后，可以再經電阻分壓調整到單片機可以接受的范圍以內。Startup time: 1K CK+0ms。以雙龍公司的SLISP()MCU在線編程軟件為例，說明熔絲位的設置。熔絲位的設置相對比較繁瑣，而且對熔絲位進行了錯誤的操作會導致單片機的死鎖。根據(jù)ATmega32L手冊中給出的關于時鐘源選擇的設置如表3－1；時鐘及啟動時間的相關配置位在熔絲位的低字節(jié)，熔絲位低字節(jié)的功能如表3－2。 熔絲位設置ATmega32L單片機提供了6個鎖定位和兩個熔絲位字節(jié)。使用雙排25插座。本設計仍然保留這部分電路。實際應用時，為了簡化線路，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空。因為A/D的精度只有10為，所以一般使用內部自帶的參考電壓已經足夠。3. 使用ADC 噪聲抑制器來降低來自CPU 的干擾噪聲。保證模擬信號線位于模擬地之上，并使它們與高速切換的數(shù)字信號線分開。 A/D轉換濾波電路系統(tǒng)設備內部及外部的數(shù)字電路都會產生電磁干擾(EMI)，從而影響模擬測量的精度。Mega系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作。在一些要求較高的場合，比如本設計需要用定時器每1/3200秒產生一個中斷采集信號，同時與RS232通信也需要較精確的波特率時，所以必須使用外部的晶振線路。 時鐘信號電路ATmega32L單片機內置RC振蕩線路，可以產生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。即這部分不需要任何的外圍零件。當AVR在工作時，按下S0開關時，復位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復位。為了可靠，(C0)以消除干擾、雜波。圖3－3 單片機最小系統(tǒng)電路圖 復位電路ATmega32L單片機已經內置了上電復位設計。電源部分的電路3－2所示：圖3－2 穩(wěn)壓電源電路 最小系統(tǒng)設計ATmega32L單片機內部有32KB的FlashROM和2KB的SRAM，完全能滿足信號采集、諧波分析要求，因此不需要擴展ROM或RAM(該單片機沒有與51系列單片機一樣的ALE地址鎖存使能、PSEN程序存儲器使能等信號的輸出，內部設計上也不支持存儲器的擴充)。5V的穩(wěn)壓電壓。ATmega32的片內結構如圖3－1：圖3－1 AVR單片機片內結構 電源電路~，但不穩(wěn)定的電源可能會給A/D的轉換結果帶來誤差或對單片機工作產生潛在的危害，此外，運算放大電路需要正負5V的穩(wěn)壓電源，因此需要做一個能輸出正負5V的穩(wěn)壓電源。在更新應用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。ATmega32片內ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內核之中的引導程序進行編程。本設計選用MEGA系列的ATmega32L單片機，ATmega32有如下特點：32K 字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，1024 字節(jié) EEPROM， 2K 字節(jié) SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C), 片內/ 外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口， 8 路10 位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP 封裝) 的ADC ，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。此外，AVR單片機集成了多種外設，如看門狗定時器、捕獲器、串行接口(UART或USART)，很多型號還集成了TWI(兼容I2C接口)、模擬比較器、ADC、低電壓復位保護、PWM控制器。內部集成了EEPROM用以保存數(shù)據(jù)，ISP功能提高了單片機開發(fā)的靈活性，也省去了購買并行編程器的費用，降低開發(fā)成本。AVR單片機是ATMEL公司出品的新一代8位單片機，該單片機采用高性能的RISC內核，具有很低的功耗，并且有多種節(jié)能控制方式。這些MCU的性能都非常的好，雖然與DSP相比外圍功能很強大，但同它一樣，這些類型的CPU引腳數(shù)比較多，手工焊接不易，必須使用專門的開發(fā)工具才能進行學習開發(fā)。 單片機選型常用單片機按照處理能力分為8位，16位，32位。dataI[k+b]=TI+temp*sin_tab[p]dataI[k+b]*cos_tab[p]。dataI[k]=dataI[k]dataR[k+b]*sin_tab[p]+dataI[k+b]*cos_tab[p]。 temp=dataR[k+b]。 */TR=dataR[k]。k64。}p=p*j。 */{p=p*2。 i=6L。j=b1。i。 i=L1。L=6。這個是本程序采取查表法計算FFT的關鍵部分之一。② 同一乘數(shù)對應著相鄰間隔為2L個點的N/2L個碟形。實質是：第二、第三層循環(huán)完成了第L級的計算。第三層循環(huán)：由于第L級共有N/2L個群，并且同一級內不同群的乘數(shù)分布相同，當?shù)诙友h(huán)確定某一乘數(shù)后，第三層循環(huán)要將本級中每個群中具有這一乘數(shù)的蝶形計算一次，即第三層循環(huán)每執(zhí)行完一次要進行N/2L個碟形計算。第一層循環(huán)：由于N=2M需要M級計算,第一層循環(huán)對運算的級數(shù)進行控制。 } //將dataI中的數(shù)據(jù)倒會dataR,并將dataI清空 FFT計算N點FFT運算可以分成LOGN2 級，每一級都有N/2個碟形。i++){ dataR[i]=dataI[i]。 }for(i=0。 xx=x0*32+x1*16+x2*8+x3*4+x4*2+x5。 x5=(i/32)amp。x4=(i/16)amp。 x3=(i/8)amp。 x2=(i/4)amp。 x1=(i/2)amp。x0=iamp。i64。然后逆序轉換成十進制的倒位序xx，再用虛部的數(shù)組dataI臨時存儲倒位序列，逆序過程結束后，再將dataI數(shù)組的值按自然順序賦值給dataR,同時將dataI清空。 //級數(shù)控制此外，由于求一個sin值或cos值需要大量的乘法計算，為提高運算速度，采用查表的方法來獲得sin值或cos值，因此還需要存放sin值和cos值的兩個常數(shù)表。 //碼位倒置int xx。 //存儲計算過程中的臨時變量int i。變量定義如下，作用由注釋標明：float dataR[64],dataI[64]。 時抽選奇偶分解FFT的C語言程序實現(xiàn) 變量的設置與定義本設計計劃在交流信號的每個周波采樣64個點的信號，因此FFT運算過程中需要64個存儲單位存儲實部，64個單位存儲虛部。表2－1 N＝8時的兩種排列順序規(guī)律自然順序二進制表示倒位二進制數(shù)倒位序0000000010011004201001023011110641000011510110156110011371111117 即位運算即位運算是指當把數(shù)據(jù)存入輸入存儲器中后，每一級運算的結果都存在相應的輸入存儲器中，直到計算出最后計算結果。輸入序列的排列順序稱為‘倒位序’，即將序列號n寫成二進制碼，然后二進制碼首尾倒置，將倒置的二進制碼再譯成十進制數(shù)的排列順序。在本應用中，程序設計中每次采樣64個點再進行FFT分析，M＝6，因此程序中設計中不用再考慮補足數(shù)據(jù)的要求。其中基數(shù)2——N=2M,可以人為地加上若干零值(加零補長)使其達到 N=2M。例如當N＝2048時，所以FFT算法提高運算速度是十分有效的。由于M＝，每個蝶形運算須做1次乘法、2次加法運算，因此共須做MN/2＝()N/2次乘法運算，而通常DFT須做N2次乘法運算。這一過程可向流程左方再次重復，直至最左的量程是樣點函數(shù)時才完成全部流程。前N/2個，即原來的A(h),表達式為： (2－19)相當于B(h)的后N/2個，可寫為： (2－20)由于N＝2M，因此N/2(即p)仍為偶數(shù)，因此可以對兩個部分的各作進一步奇偶分解寫成類似式(2－14)、式(2－16)的形式，流程左側的量可以稱之為。前N/2個相當于前述的A(h)。當N＝2M(M為正整數(shù))時，從樣點值到DFT值將經過M個步驟。圖2－3(c)是圖2－3(b)另一種表示方法?，F(xiàn)在與之間建立一個流程關系如圖2－3(b)所示，這是一個X形狀的圖形，稱為蝴蝶形，其中包括2次復數(shù)乘法運算和2次復數(shù)加減運算；由于2個乘法僅有負號之差，故可將B(h)均乘以，然后一次與之相加，另一次則與其相減就可以得同樣結果。圖2－3(a)中，不帶系數(shù)的線段表示右端物理量Y＝X，X為左端物理量，如果線段上標以系數(shù)a，則Y＝aX。當N為偶數(shù)時，有 (2－13)式中，利用了，將此式寫為 (2－14) (2－15)是兩個DFT，具有的樣點數(shù)各為N/2個。(2) 利用的周期性和對稱性，在DFT運算中進行歸類，提高運算速度。需要次復數(shù)乘法，次復數(shù)加法運算。提高DFT的計算速度目前主要采用一下兩種方法。FFT的出現(xiàn)大大推動了專用數(shù)字設備的發(fā)展，使得數(shù)字信號處理的面貌大為改觀。在1996年出現(xiàn)了第一個DFT的快速計算方法，以及相繼出現(xiàn)了多種高效快速算法，使得DFT的計算時間縮短了一到二個數(shù)量級。 FFT在DFT中，每計算一個頻譜的離散值X(h)就要作N次復數(shù)相乘運算和N1次復數(shù)相加運算，全部N個頻譜值就必須作個乘法和N(N1)次加法運算。DFT的正變換對為 (2－9)從形式上看，式2－9的第二式類似取有限項的傅立葉級數(shù)，其中是第h次諧波的傅立葉系數(shù)。故譜線數(shù)，與的樣本數(shù)相等。樣本間隔Ts=Tp/N,函數(shù)可寫為，其中k取0，1，…，N－1，或是簡化為?？梢奃FT是適用實際需要而定義的一種時域、頻域離散函數(shù)之間的變換對。對于一個有限時間段內的離散信號(或一個序列)，可以用解析延拓地概念將它看為以此時間段為周期的不斷重復的周期函