基于TMS320F2812的便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)方案

1 引言
　　動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀在電子測(cè)量領(lǐng)域中稱(chēng)為頻域中的“射頻萬(wàn)用表”，可見(jiàn)其重要性和寬泛應(yīng)用。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域進(jìn)行處理，一般要求使用時(shí)窗技術(shù)，如快速傅氏變換（FFT）、離散傅氏變換（DFT）等。如果采樣點(diǎn)為N，直接DFT運(yùn)算需要N2次乘法操作，需用大量運(yùn)算時(shí)間。而FFT運(yùn)算可將運(yùn)算減少到（N/2）log2N次乘法，因此，F(xiàn)FT成為動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的核心算法。
　　這里提出一種基于TMS320F2812的便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)方案，以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，利用數(shù)字信號(hào)處理器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力分析所采集的信號(hào)，優(yōu)化動(dòng)態(tài)信號(hào)的FFT算法．從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各頻率成份和功率譜的計(jì)算分析以及失真度的測(cè)量，其分析結(jié)果在液晶顯示器（LCD）上顯示。
　　2 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析原理
　　動(dòng)態(tài)信號(hào)分析方法有時(shí)域分析法、頻域分析法等。其中頻域法最適合動(dòng)態(tài)信號(hào)分析FFT算法。該系統(tǒng)采用FFT算法．其本質(zhì)是DFT的快速算法。FFT算法是將長(zhǎng)序列DFT根據(jù)其對(duì)稱(chēng)性和周期性分解為短序列的DFT之和。N點(diǎn)的DFT先分解為2個(gè)N/2點(diǎn)的DFT，每個(gè)N／2點(diǎn)的DFT又分解為N／4點(diǎn)的DFT。最小變換的點(diǎn)數(shù)即所謂FFT的“基數(shù)”。因此，基數(shù)為2的DFT最小變換是2點(diǎn)DFT（或稱(chēng)蝶形運(yùn)算）。在基數(shù)為2的N點(diǎn)FFT中，設(shè)N=2，則總共可分成M級(jí)運(yùn)算，每級(jí)中有（N／2）log2N個(gè)蝶算，則N點(diǎn)FFT總共有（N／2）log2N個(gè)蝶算，1個(gè)蝶算只需一個(gè)復(fù)數(shù)乘法對(duì)N點(diǎn)FFT需計(jì)算（N/2）log2N個(gè)復(fù)數(shù)乘法、（N／2）log2N個(gè)復(fù)數(shù)加法。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)FT比DFT運(yùn)算量要小得多，N點(diǎn)的FFT需做（N／2）log2N次乘法運(yùn)算，而N點(diǎn)DFT需要做／N2次乘法運(yùn)算，由此看來(lái)N點(diǎn)DFT運(yùn)算量大約是FFT的2N/log2N倍，分析動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率成份，首先以采樣頻率fs采樣N點(diǎn)（N=2M），經(jīng)快速傅立葉變換得到其頻譜。
　　由譜分辨率F=fs／N，如果保持采樣點(diǎn)數(shù)N不變，提高其分辨率（F減?。?，必須降低采樣頻率，采樣頻率的降低會(huì)引起譜分析范圍的減少。如果保持fs不變，為提高頻率分辨率，可增加采樣點(diǎn)數(shù)N，因?yàn)镹T=Tp，T=fs-1，只有增加對(duì)信號(hào)的觀察時(shí)間Tp，才能增加N。Tp和N可以按照的條件選擇。

　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
　　便攜式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。被檢測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)以運(yùn)算放大器LM358為核心的調(diào)理電路后送至TMS320F2812 DSP內(nèi)部自帶的12位A／D轉(zhuǎn)換器采樣后，其數(shù)字輸出信號(hào)送至DSP內(nèi)核處理單元進(jìn)行FFT處理。經(jīng)過(guò)DSP運(yùn)算處理后，實(shí)現(xiàn)各分量頻率值和功率值的計(jì)算，信號(hào)失真度的計(jì)算和周期信號(hào)的檢測(cè)，其分析結(jié)果由屏幕式LCD顯示。鍵盤(pán)采用鍵盤(pán)查詢(xún)方式中斷處理，實(shí)現(xiàn)各種工作模式和顯示界面的切換。