基于DSP技術(shù)的多功能電子測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于dsp技術(shù)的多功能電子測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)的測(cè)量中，往往用法、規(guī)律分析儀等測(cè)量等儀器。在綜合電子測(cè)量中，往往要用法到多種不同精度和不同功能的儀器、儀表，而且測(cè)量后的測(cè)量數(shù)據(jù)不能得到很好的處理，需要測(cè)試者進(jìn)一步的計(jì)算和處理，給測(cè)量者帶來(lái)了諸多的不便。本文針對(duì)這些問(wèn)題，介紹應(yīng)用技術(shù)和技術(shù)，設(shè)計(jì)研制多功能的電子測(cè)量?jī)x的主要技術(shù)。1 基本原理電子測(cè)量普通主要測(cè)量、頻率、相位等基本參量，同時(shí)將這些參量舉行分析和處理，以數(shù)據(jù)圖表或圖形的方式顯示出來(lái)。測(cè)最儀器普通可由測(cè)量信號(hào)采集、測(cè)量信號(hào)處理、測(cè)量數(shù)據(jù)分析、人機(jī)交互、顯示等幾個(gè)部分構(gòu)成。其基本結(jié)構(gòu)1所示。測(cè)量信號(hào)采集部分主要采集電壓或電流信號(hào)；測(cè)量

2、信號(hào)處理部分主要完成信號(hào)的濾波、比對(duì)、轉(zhuǎn)換等工作；分析部分主要完成信號(hào)處理后的分析工作；人機(jī)交互部分主要完成需求的設(shè)置、量程的調(diào)節(jié)等工作；顯示部分將測(cè)量和分析結(jié)果以數(shù)據(jù)、圖形等形式顯示出來(lái)。 近年來(lái)因?yàn)閐sp技術(shù)的飛快進(jìn)展和虛擬儀器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使電子測(cè)量?jī)x表技術(shù)得到迅速的進(jìn)展。高速ad技術(shù)和dsp技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了測(cè)量信號(hào)的采集、處理電路；虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，使人機(jī)交互變得靈便和簡(jiǎn)單。1.1 耦合耦合電路主要完成被測(cè)信號(hào)的輸入。普通，被測(cè)信號(hào)不能夠挺直舉行ad轉(zhuǎn)換，必需將信號(hào)變換到ad的范同內(nèi)。耦合后，輸入信號(hào)為：其中：k為壓縮因子，k1時(shí)，對(duì)被測(cè)信號(hào)線性放大，

3、k1時(shí)，對(duì)被測(cè)信號(hào)線性縮小。f(t)為變換時(shí)產(chǎn)生非線性畸變和噪聲，應(yīng)在軟件計(jì)算時(shí)減弱。 1.2 ad及da電路ad電路是將經(jīng)耦合電路變換的被測(cè)信號(hào)離散化。變換后的信號(hào)為：其中，nz，ts=1fs，fs為ad抽樣頻率。式(2)可表示為：通過(guò)dsp軟件處理，減弱式(3)中f(n)(t-nts)。 da電路的作用主要產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)信號(hào)。dsp產(chǎn)生的數(shù)字校驗(yàn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)da電路變換成模擬校驗(yàn)信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)舉行校驗(yàn)。通過(guò)校驗(yàn)調(diào)節(jié)，量程和產(chǎn)生減弱參數(shù)。1.3 數(shù)字信號(hào)處理dsp電路數(shù)字信號(hào)處理dsp電路是囫圇系統(tǒng)的核心，通過(guò)dsp系統(tǒng)，對(duì)輸入的被測(cè)信號(hào)舉行濾波處理、譜分析。采納fir濾波器，采納雷米茲(reme

4、z)算法，譜分析算法采納gabor變換辦法，窗函數(shù)采納高斯窗函數(shù)。處理后的數(shù)據(jù)放在特地開(kāi)拓的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，供顯示部分和計(jì)算機(jī)拜訪。校驗(yàn)數(shù)字信號(hào)由dsp部分產(chǎn)生，校驗(yàn)數(shù)字信號(hào)可通過(guò)鍵盤部分或計(jì)算機(jī)設(shè)置，可設(shè)置為正弦波、方波、脈沖、隨機(jī)信號(hào)。1.4 鍵盤及顯示考慮到測(cè)量?jī)x器可能不和計(jì)算機(jī)協(xié)作用法，而是單獨(dú)用法，將鍵盤和顯示設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中。鍵盤和顯示是人機(jī)交互的界面。通過(guò)鍵盤可設(shè)置、調(diào)節(jié)測(cè)量?jī)x器的參數(shù)。顯示部分顯示參數(shù)的設(shè)置和測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量曲線。1.5 計(jì)算機(jī)dsp通過(guò)接口和計(jì)算機(jī)互連，計(jì)算機(jī)通過(guò)虛擬儀器軟件拜訪、操作測(cè)量?jī)x系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)拜訪dsp處理的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理后，以圖形或數(shù)據(jù)的形式顯

5、示在計(jì)算機(jī)界面上，或存人數(shù)據(jù)庫(kù)。2 硬件設(shè)計(jì)按照?qǐng)D1的基本原理，以式設(shè)計(jì)囫圇硬件電路。信號(hào)采樣電路，通過(guò)數(shù)據(jù)、控制、選通、狀態(tài)信號(hào)總線和dsp核心電路銜接。其硬件結(jié)構(gòu)2所示。2.1 ad及da總線為了能使硬件系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和具有一定的開(kāi)放性，對(duì)ad信號(hào)采樣部分和da模擬信號(hào)輸出部分采納總線方式設(shè)計(jì)。主要包括數(shù)據(jù)總線、控制總線、選通總線和狀態(tài)總線。(1) 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線主要是ad和da電路數(shù)據(jù)的輸入輸出總線。在控制總線、選通總線的控制下，ad電路將采樣后的數(shù)字信號(hào)輸入到dsp中。同樣，通過(guò)數(shù)據(jù)總線將校驗(yàn)數(shù)字信號(hào)輸出到da電路中。(2) 控制總線控制總線主要控制ad和da的工作。對(duì)于每個(gè)ad或

6、da電路，惟獨(dú)在控制信號(hào)有效的狀況下，該電路才干工作?？刂瓶偩€需要和選通信號(hào)有效的狀況下，控制才有效。(3) 選通總線選通總線主要協(xié)作控制總線使某個(gè)ad或da電路工作。選通總線通過(guò)ad或da電路上的譯碼電路產(chǎn)生的選通信號(hào)觸發(fā)電路工作。(4) 狀態(tài)總線狀態(tài)總線主要將ad或da電路的工作狀態(tài)通知給dsp，dsp通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)總線的數(shù)據(jù)，得到ad或da的工作狀態(tài)。狀態(tài)信號(hào)通過(guò)狀態(tài)編碼電路，在選通信號(hào)的協(xié)作下輸入到dsp。2.2 ad及da電路ad電路主要用來(lái)將輸入的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而da轉(zhuǎn)換主要將dsp通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。ad及da要和dsp的數(shù)據(jù)、控制、選通、狀態(tài)總線接

7、口。其ad電路基本原理3所示。da電路的基本電路原理和ad電路相像。da電路接收數(shù)據(jù)總線的數(shù)字信號(hào)，在控制總線信號(hào)的控制下，當(dāng)選通總線的信號(hào)經(jīng)譯碼后有效時(shí)，才干工作。2.3 耦合電路(1) 溝通耦合電路當(dāng)測(cè)量溝通大信號(hào)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)變耦合電路前端變量器的變比使信號(hào)變小。同時(shí)通過(guò)限幅電路的庇護(hù)，使ad電路處于正常的工作范圍。其基本電路原理4所示。(2) 直流耦合電路 當(dāng)測(cè)量直流大信號(hào)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流耦合電路的變比，同時(shí)通過(guò)限幅電路的庇護(hù)，使ad電路處于正常的工作范圍。3 軟件設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)具有開(kāi)放性、可擴(kuò)展性和通用性，采納平臺(tái)化的設(shè)計(jì)思想。將囫圇軟件分為底層支持層，中間調(diào)度操作層和頂層應(yīng)用層。軟件的

8、基本層次結(jié)構(gòu)5所示。3.1 支持層支持層主要包括ad，da電路驅(qū)動(dòng)函數(shù)，狀態(tài)檢測(cè)函數(shù)，ad，da轉(zhuǎn)換執(zhí)行函數(shù)。ad，da電路驅(qū)動(dòng)函數(shù)，主要對(duì)硬件的控制總線舉行操作，即操作硬件電路上的控制總線和選通總線。其核心偽代碼為：狀態(tài)檢測(cè)函數(shù)檢測(cè)函數(shù)主要檢測(cè)狀態(tài)總線的狀態(tài)，其核心偽代碼為：ad，da轉(zhuǎn)換執(zhí)行函數(shù)主要執(zhí)行ad，da轉(zhuǎn)換，其核心偽代碼為：3.2 調(diào)度操作層調(diào)度操作層主要的任務(wù)是，定時(shí)檢測(cè)鍵盤或計(jì)算機(jī)虛擬儀器的指令，執(zhí)行鍵盤操作、顯示、多路ad數(shù)據(jù)采集或執(zhí)行da輸出。ad或da轉(zhuǎn)換的核心偽代碼為：3.3 應(yīng)用層應(yīng)用層主要完成鍵盤操作，顯示，pc接口，虛擬儀器數(shù)據(jù)接口等功能。主要技術(shù)是操作指令緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。鍵盤操作程序的核心偽代碼：pc和虛擬儀器的接口是通過(guò)網(wǎng)卡舉行接口的，計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡以tcpip的方式拜訪dsp的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、指令緩沖區(qū)。其核心偽代碼：4 結(jié) 語(yǔ)本文所設(shè)計(jì)的多功能電工測(cè)量?jī)x已在試驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。多