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基于DSP技術的多功能電子測量儀的設計與實現(xiàn)

作者: 時間:2017-02-06 來源:網(wǎng)絡 收藏
在傳統(tǒng)的電子測量中,往往使用萬用表、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(shù)據(jù)不能得到很好的處理,需要測試者進一步的計算和處理,給測量者帶來了諸多的不便。

本文針對這些問題,介紹應用DSP技術和虛擬儀器技術,設計研制多功能的電子測量儀的主要技術。

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,同時將這些參量進行分析和處理,以數(shù)據(jù)圖表或圖形的方式顯示出來。測最儀器一般可由測量信號采集、測量信號處理、測量數(shù)據(jù)分析、人機交互、顯示等幾個部分構成。其基本結構如圖1所示。

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/201702/338445.htm

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(shù)據(jù)、圖形等形式顯示出來。 近年來由于DSP技術的飛速發(fā)展和虛擬儀器技術的廣泛應用,促使電子測量儀表技術得到快速的發(fā)展。高速A/D技術和DSP技術的應用簡化了測量信號的采集電路、處理電路;虛擬儀器技術的應用簡化了對測量數(shù)據(jù)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,對被測信號線性放大,k≤1時,對被測信號線性縮小。f(t)為變換時產(chǎn)生非線性畸變和噪聲,應在軟件計算時削弱。 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)生一個校驗信號。DSP產(chǎn)生的數(shù)字校驗信號,經(jīng)過D/A電路變換成模擬校驗信號,對系統(tǒng)進行校驗。通過校驗調整,量程和產(chǎn)生削弱參數(shù)。

1.3 數(shù)字信號處理DSP電路

數(shù)字信號處理DSP電路是整個系統(tǒng)的核心,通過DSP系統(tǒng),對輸入的被測信號進行濾波處理、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(shù)采用高斯窗函數(shù)。處理后的數(shù)據(jù)放在專門開辟的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內,供顯示部分和計算機訪問。

校驗數(shù)字信號由DSP部分產(chǎn)生,校驗數(shù)字信號可通過鍵盤部分或計算機設置,可設置為正弦波、方波、脈沖、隨機信號。

1.4 鍵盤及顯示

考慮到測量儀器可能不和計算機配合使用,而是單獨使用,將鍵盤和顯示設計到系統(tǒng)中。

鍵盤和顯示是人機交互的界面。通過鍵盤可設置、調整測量儀器的參數(shù)。顯示部分顯示參數(shù)的設置和測量數(shù)據(jù),測量曲線。

1.5 計算機

DSP通過接口和計算機互連,計算機通過虛擬儀器軟件訪問、操作測量儀系統(tǒng)。

計算機訪問DSP處理的數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)進一步處理后,以圖形或數(shù)據(jù)的形式顯示在計算機界面上,或存人數(shù)據(jù)庫。

2 硬件設計

根據(jù)圖1的基本原理,以總線式設計整個硬件電路。信號采樣電路,通過數(shù)據(jù)、控制、選通、狀態(tài)信號總線和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

為了能使硬件系統(tǒng)具有可擴展性和具有一定的開放性,對A/D信號采樣部分和D/A模擬信號輸出部分采用總線方式設計。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A/D和D/A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,A/D電路將采樣后的數(shù)字信號輸入到DSP中。同樣,通過數(shù)據(jù)總線將校驗數(shù)字信號輸出到D/A電路中。

(2) 控制總線

控制總線主要控制A/D和D/A的工作。對于每個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€需要和選通信號有效的情況下,控制才有效。


(3) 選通總線

選通總線主要配合控制總線使某個A/D或D/A電路工作。選通總線通過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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關鍵詞: DSP技術電子測量

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