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基于DSP技術(shù)的多功能電子測量?jì)x的設計與實(shí)現
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時(shí)間：2017-02-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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在傳統的電子測量中，往往使用萬(wàn)用表、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等測量等儀器。在綜合電子測量中，往往要使用到多種不同精度和不同功能的儀器、儀表，而且測量后的測量數據不能得到很好的處理，需要測試者進(jìn)一步的計算和處理，給測量者帶來(lái)了諸多的不便。
本文針對這些問(wèn)題，介紹應用DSP技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，設計研制多功能的電子測量?jì)x的主要技術(shù)。
1 基本原理
電子測量一般主要測量電壓、電流、頻率、相位等基本參量，同時(shí)將這些參量進(jìn)行分析和處理，以數據圖表或圖形的方式顯示出來(lái)。測最儀器一般可由測量信號采集、測量信號處理、測量數據分析、人機交互、顯示等幾個(gè)部分構成。其基本結構如圖1所示。
測量信號采集部分主要采集電壓或電流信號；測量信號處理部分主要完成信號的濾波、比對、轉換等工作；分析部分主要完成信號處理后的分析工作；人機交互部分主要完成需求的設置、量程的調整等工作；顯示部分將測量和分析結果以數據、圖形等形式顯示出來(lái)。 近年來(lái)由于DSP技術(shù)的飛速發(fā)展和虛擬儀器技術(shù)的廣泛應用，促使電子測量?jì)x表技術(shù)得到快速的發(fā)展。高速A／D技術(shù)和DSP技術(shù)的應用簡(jiǎn)化了測量信號的采集電路、處理電路；虛擬儀器技術(shù)的應用簡(jiǎn)化了對測量數據的計算和分析，使人機交互變得靈活和容易。
1.1 耦合
耦合電路主要完成被測信號的輸入。一般，被測信號不能夠直接進(jìn)行A／D轉換，必須將信號變換到A／D的范同內。耦合后，輸入信號為：
其中：k為壓縮因子，k≥1時(shí)，對被測信號線(xiàn)性放大，k≤1時(shí)，對被測信號線(xiàn)性縮小。f(t)為變換時(shí)產(chǎn)生非線(xiàn)性畸變和噪聲，應在軟件計算時(shí)削弱。 1.2 A／D及D／A電路
A／D電路是將經(jīng)耦合電路變換的被測信號離散化。
變換后的信號為：
其中，n∈Z，Ts=1／fs，fs為A／D抽樣頻率。式(2)可表示為：
通過(guò)DSP軟件處理，削弱式(3)中f(n)δ(t-nTs)。 D／A電路的作用主要產(chǎn)生一個(gè)校驗信號。DSP產(chǎn)生的數字校驗信號，經(jīng)過(guò)D／A電路變換成模擬校驗信號，對系統進(jìn)行校驗。通過(guò)校驗調整，量程和產(chǎn)生削弱參數。
1.3 數字信號處理DSP電路
數字信號處理DSP電路是整個(gè)系統的核心，通過(guò)DSP系統，對輸入的被測信號進(jìn)行濾波處理、譜分析。濾波器采用FIR濾波器，采用雷米茲(Remez)算法，譜分析算法采用Gabor變換方法，窗函數采用高斯窗函數。處理后的數據放在專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟的數據緩沖區內，供顯示部分和計算機訪(fǎng)問(wèn)。
校驗數字信號由DSP部分產(chǎn)生，校驗數字信號可通過(guò)鍵盤(pán)部分或計算機設置，可設置為正弦波、方波、脈沖、隨機信號。
1.4 鍵盤(pán)及顯示
考慮到測量?jì)x器可能不和計算機配合使用，而是單獨使用，將鍵盤(pán)和顯示設計到系統中。
鍵盤(pán)和顯示是人機交互的界面。通過(guò)鍵盤(pán)可設置、調整測量?jì)x器的參數。顯示部分顯示參數的設置和測量數據，測量曲線(xiàn)。
1.5 計算機
DSP通過(guò)接口和計算機互連，計算機通過(guò)虛擬儀器軟件訪(fǎng)問(wèn)、操作測量?jì)x系統。
計算機訪(fǎng)問(wèn)DSP處理的數據，將這些數據進(jìn)一步處理后，以圖形或數據的形式顯示在計算機界面上，或存人數據庫。
2 硬件設計
根據圖1的基本原理，以總線(xiàn)式設計整個(gè)硬件電路。信號采樣電路，通過(guò)數據、控制、選通、狀態(tài)信號總線(xiàn)和DSP核心電路連接。其硬件結構如圖2所示。
2.1 A／D及D／A總線(xiàn)
為了能使硬件系統具有可擴展性和具有一定的開(kāi)放性，對A／D信號采樣部分和D／A模擬信號輸出部分采用總線(xiàn)方式設計。主要包括數據總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、選通總線(xiàn)和狀態(tài)總線(xiàn)。
(1) 數據總線(xiàn)
數據總線(xiàn)主要是A／D和D／A電路數據的輸入輸出總線(xiàn)。在控制總線(xiàn)、選通總線(xiàn)的控制下，A／D電路將采樣后的數字信號輸入到DSP中。同樣，通過(guò)數據總線(xiàn)將校驗數字信號輸出到D／A電路中。
(2) 控制總線(xiàn)
控制總線(xiàn)主要控制A／D和D／A的工作。對于每個(gè)A／D或D／A電路，只有在控制信號有效的情況下，該電路才能工作?？刂瓶偩€(xiàn)需要和選通信號有效的情況下，控制才有效。
(3) 選通總線(xiàn)
選通總線(xiàn)主要配合控制總線(xiàn)使某個(gè)A／D或D／A電路工作。選通總線(xiàn)通過(guò)A／D或D／A電路上的譯碼電路產(chǎn)生的選通信號觸發(fā)電路工作。
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