基于DSP的多功能电子测量系统设计

论文摘要

随着电子测量技术的不断发展,测试技术正向着智能化、综合化和网络化的方向发展。多功能电子测量仪器就是指具备信号多参量测量、信号处理(诸如信号采集与重建、信号频谱分析)以及信号发生等功能的仪器,即多功能电子测量仪器具备示波器、频谱分析仪、信号发生器等各种专用电子测量仪器的功能。本文提出了一种以高性能数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(CPLD)为核心的多功能电子测量系统的方案。该方案以实现电子测量仪器多功能性的这一特点为重点,主要涉及系统中信号主处理模块与DDS信号源两大模块的设计与实现,信号主处理模块的功能主要包括数据采集、数据分析处理(信号参数测量和信号频谱分析)以及波形显示。DDS信号发生器作为信号主处理模块的校准信号源或作为一种专用信号源。论文首先是系统整体设计方案的研究,然后分析了系统中各个外围电路接口协议,并根据接口协议设计了具体的硬件电路。最后在讨论信号参数测量算法和信号频谱分析原理的基础上,对波形重建算法、信号电参数测量算法、信号FFT算法进行了具体的软件实现。经测试,此多功能电子测量系统运行稳定,并对正弦波、三角波和方波进行了测试,验证了系统具有参数测量、信号频谱分析与显示的功能,达到设计的目的。最后对论文中所做的工作进行了总结,并提出了改进系统整体性能的可行性方案设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.2.1 各种测试仪器发展现状
• 1.2.2 传统电子测量仪器的不足
• 1.3 课题的研究内容和章节安排
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 总体设计
• 2.2 信号处理模块方案设计
• 2.2.1 系统结构设计
• 2.2.2 工作流程设计
• 2.3 DDS 信号源方案设计
• 第三章 信号处理模块和信号源硬件设计
• 3.1 信号处理模块设计
• 3.2 A/D 采样电路硬件设计
• 3.2.1 MCBSP 接口协议分析
• 3.2.2 AD 与MCBSP 接口硬件设计
• 3.3 HPI 主机接口电路设计
• 3.3.1 HPI 接口协议分析
• 3.3.2 HPI 通信接口硬件设计
• 3.4 LCD 显示接口设计
• 3.4.1 RA8835 控制器功能分析
• 3.4.2 LCD 硬件接口设计
• 3.5 存储器接口设计
• 3.5.1 存储器的编程和擦除
• 3.5.2 存储器硬件接口设计
• 3.6 电源模块及最小系统设计
• 3.6.1 电源模块设计
• 3.6.2 DSP 最小系统设计
• 3.7 DDS 信号源电路设计
• 3.7.1 DDS 基本原理
• 3.7.2 DDS 硬件电路设计
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 A/D 采样软件设计
• 4.2 信号发生器软件设计
• 4.3 波形重建算法
• 4.3.1 正弦插值算法
• 4.3.2 线性内插算法
• 4.4 FFT 程序设计
• 4.4.1 基2-FFT 算法
• 4.4.2 FFT 的DSP 实现
• 4.4.3 FFT 程序设计流程
• 4.5 参数测量
• 4.5.1 周期和频率测量
• 4.5.2 峰峰值测量
• 4.5.3 平均值测量
• 4.5.4 有效值测量
• 4.6 液晶显示程序设计
• 4.6.1 汉字及其它字符显示方法
• 4.6.2 FFT 的频谱图显示
• 4.6.3 液晶菜单设计
• 4.7 DSP 程序的 Bootloader 设计实现
• 4.7.1 Bootloader 的模式分析
• 4.7.2 自举表（the boot table）的设计
• 4.7.3 自举表的烧写
• 第五章 系统测试结果
• 5.1 测试结果
• 5.2 信号处理功能板调试
• 第六章 总结与改进设想
• 6.1 完成工作总结
• 6.2 改进的设想
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文