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          基于FPGA的簡易頻譜分析儀的設(shè)計(jì)方案

          作者: 時間:2009-09-30 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            1 引言

            目前,由于價格昂貴,高等院校只是少數(shù)實(shí)驗(yàn)室配有頻譜儀。但電子信息類教學(xué),如果沒有頻譜儀輔助觀察,學(xué)生只能從書本中抽象理解信號特征,嚴(yán)重影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果。

            針對這種現(xiàn)狀提出一種基于的簡易設(shè)計(jì)方案,其優(yōu)點(diǎn)是成本低,性能指標(biāo)滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)所要求的檢測信號范圍。

            2 設(shè)計(jì)方案

            圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖。該系統(tǒng)采用C8051系列單片機(jī)中的 C8051F121作為控制器,CvcloneⅢ系列EP3C40F484C8型為數(shù)字信號算法處理單元。系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循抽樣定理,在時域內(nèi)截取一段適當(dāng)長度信號,對其信號抽樣量化,按照具體的步驟求取信號的頻譜,并在LCD上顯示信號的頻譜,同時提供友好的人機(jī)會話功能。該系統(tǒng)最小分辨率為1 Hz,可分析帶寬為0~5 MHz的各種信號。

          系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖

            由于單片機(jī)C8051 F121內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器,能夠有效測量自動增益控制AGC壓差,計(jì)算出對輸入信號的放大倍數(shù);另外,該單片機(jī)內(nèi)置高速控制內(nèi)核和豐富的存儲器,使其能夠控制整個系統(tǒng);EP3C40F484C8型內(nèi)置豐富的存儲器資源,確保該系統(tǒng)具有足夠的空間存儲采集的點(diǎn)數(shù),完成離散傅里葉變換、數(shù)字濾波器、數(shù)字混頻等信號處理。

            3 理論分析

            3.1 數(shù)字下變頻FFT

            隨著高速A/D轉(zhuǎn)換和DSP技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字下變頻的快速傅里葉變換FFT(Fast Fourier Transform)技術(shù)能夠有效減少傳統(tǒng)FFT技術(shù)存在的內(nèi)存不足。在高中頻、高采樣率系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號頻譜的高分辨率、低存儲量和低運(yùn)算量,從而極大提高系統(tǒng)的實(shí)時性。

            圖2為基于數(shù)字下變頻的FFT技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理框圖。

          基于數(shù)字下變頻的FFT技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理框圖


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