基于LabVIEW和DSP技術的FFT頻譜分析儀
加入技術交流群
4 虛擬式FFT頻譜分析儀的系統(tǒng)設計
4.1基于DSP的USB數據采集器開發(fā)
快速傅里葉變換FFT(FastFourierTransform)分析要求首先對被分析的信號進行數字采樣，然后再進行FFT運算。在系統(tǒng)中，信號的采樣和FFT計算全部在USB數據采集器上實現。為了保證時域信號和FFT處理后的數據能實時傳遞給系統(tǒng)CPU，USB數據采集器與主機之間采用USB接口設計[2]。根據系統(tǒng)要求和實際條件，USB數據采集器的結構如圖1所示。
(1)信號調理模塊設計
信號調理模塊實現信號的輸入緩沖、放大和濾波。在系統(tǒng)中，信號的緩沖由集成運放組成同相跟隨器來實現。放大器采用TI公司的可編程放大器PAG103U，放大倍數的改變由DSP和邏輯控制器共同實現，設計中可對輸入通道信號分別進行放大倍數控制。調理模塊中的濾波器為低通濾波，主要用于對信號進行抗混疊濾波，以確保信號的有效FFT分析。
(2)A/D轉換設計
A/D轉換的采樣率和分辨率是進行數字采樣系統(tǒng)設計的主要指標。在設計中，A/D芯片采用AD7685，單通道最高采樣率可達250kS/s，輸出為16位并行輸出，比較電壓為±5V。
(3)DSP芯片選用
DSP是該系統(tǒng)進行FFT運算的處理器，其精度、速度在很大程度上決定了FFT分析儀的性能。考慮到FFT運算中實時性和精度方面的要求，設計時選用TMS320VC33浮點型DSP芯片[6]。
(4)存儲器選用
存儲器可用于存放大量的表格數據和一些臨時數據。因為DSP在作FFT運算時要用到大量正弦及其他數據表格，而通常固化DSP程序的閃存和DSP的數據交換較慢，為保證FFT的運算速度，可在FFT運算前，將表格數據存儲于DSP外的高速存儲器內。
(5)USB接口芯片選用
USB接口芯片是連接PC機和底層硬件的通信紐帶，USB總線有著嚴格的電氣規(guī)范和時序要求，采用接口芯片可以減少電路設計的工作量，特別對于在實現5V與3.3VDSP的數據傳遞時，采用可同時兼容這兩種電壓的接口芯片，還省去轉換電路的設計。設計中選用Philips的高速USB2.0芯片ISP1362。數據采集器工作時，各主要模塊通過控制器后的基本流程如圖2所示。
4.2虛擬式FFT頻譜分析儀軟件設計
該系統(tǒng)軟件包括DSP軟件的設計和應用程序的設計。
4.2.1DSP軟件的設計
DSP軟件由DSP主程序和中斷服務程序組成[4]。
DSP主程序主要完成以下任務：(1)初始化USB芯片，讀入用戶設置的采樣頻率參數，并根據這個參數初始化時鐘，以產生正確的采樣時間信號；(2)讀入采樣通道參數并初始化AD7685；(3)讀入用戶放大倍數，設置可編程放大器。這些參數讀入完畢后，將采樣通道采集的數據通過USB口發(fā)送給PC側的LabVIEW軟件分析處理。
中斷服務程序主要用來響應A/D所產生的中斷，在設計中，中斷服務的任務主要是讀取A/D轉換后的數據，并判斷其是否達到FFT點數，如沒達到則返回，反之，進行FFT運算，并將數據傳遞給接口芯片。
評論