基于DSP和DDS技術(shù)的氣體濃度檢測系統
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引 言
ADSP-BF531處理器是ADI公司Blackfin系列產(chǎn)品的成員，專(zhuān)為滿(mǎn)足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和低功耗條件而設計的新型16位嵌入式處理器。它基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號架構(Micro Signal Architecture，MSA)，將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。ADSP-BF531處理器具有以下主要特點(diǎn)：最大頻率為600 MHz，1200 MMACs；每一個(gè)內核中帶有2個(gè)16位的乘法器，2個(gè)40位的累加器，2個(gè)40位的邏輯運算單元，4個(gè)位的視頻運算單元和1個(gè)40位的移位器，在一個(gè)指令周期內可完成2個(gè)16位數的乘法，2個(gè)40位數的算術(shù)邏輯運算，4個(gè)位的視頻數據算術(shù)邏輯運算，1個(gè)40位的移位運算；低功耗采用1．12 V的內核電壓和3．3 V的I／O電壓，片內集成調壓器，并且具備動(dòng)態(tài)電源管理；高達148 KB的片內存儲器；豐富的外設接口，支持與SDRAM，SRAM，FLASH和ROM的無(wú)縫連接；片上JTAG仿真接口。
提出一種基于ADSP-BF531為核心，集DDS和A／D采樣芯片于一體的氣體濃度檢測系統。該系統針對結構性微氣體傳感器，充分利用了DDS信號源頻率、相位穩定可控的特點(diǎn)和DSP芯片強大的控制能力和高速的數據處理能力，具有硬件簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，通用性好等優(yōu)點(diǎn)。
1 自相關(guān)檢測原理
設被測信號x(k)由有用信號s(k)和噪聲u(k)組成：
x(k)=s(k)+u(k)
x(k)的自相關(guān)函數為：
式中：Rs(m)為s(k)的自相關(guān)函數；Rsu(m)為s(k)與u(k)的互相關(guān)函數；Rus(m)為u(k)與s(k)的互相關(guān)函數；Ru(m)為u(k)的自相關(guān)函數。由于在電路系統中主要為白噪聲，有Rsu(m)=Rus(m)=0，隨著(zhù)m的增大，
根據維納一辛欽定理，功率信號的自相關(guān)函數與其功率譜密度函數具有傅里葉變換關(guān)系，所以可以用FFT計算自相關(guān)函數。但是，實(shí)際采樣值只有N+1點(diǎn)，所以求出的Rx(m)只能是自相關(guān)函數的估計值。當用FFT計算自相關(guān)函數時(shí)，x(k)必須補N個(gè)零，使長(cháng)度變成2N+1，因此功率譜密度為：
對上式進(jìn)行IFFT就可以得到Rs(m)。
2 系統硬件設計
氣體濃度檢測系統硬件框圖如圖1所示。主要包括傳感器激勵信號的發(fā)生、傳感器位置的選取，信號采集以及外部存儲器的設計四個(gè)部分。其核心是ADSP-BF531芯片，它負責整個(gè)系統事務(wù)協(xié)調以及算法功能實(shí)現。系統工作過(guò)程中，DSP芯片通過(guò)設定 SPI控制器，控制DDS芯片AD9850產(chǎn)生一個(gè)特定的穩幅的超聲頻的正弦信號。這個(gè)信號通過(guò)放大器和多路開(kāi)關(guān)后，施加在指定的傳感器驅動(dòng)電極上，并驅動(dòng)傳感器發(fā)生同頻振動(dòng)。傳感器輸出信號經(jīng)由前置放大器放大到適當的程度，再經(jīng)過(guò)高精度的A／D芯片AD9235采樣后將轉換結果送到DSP進(jìn)行相關(guān)運算，計算出振動(dòng)幅度。
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