基于LabVIEW和DSP技術(shù)的FFT頻譜分析儀

　　(1)信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)
　　
　　信號(hào)調(diào)理模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入緩沖、放大和濾波。在系統(tǒng)中，信號(hào)的緩沖由集成運(yùn)放組成同相跟隨器來實(shí)現(xiàn)。放大器采用TI公司的可編程放大器PAG103U，放大倍數(shù)的改變由DSP和邏輯控制器共同實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中可對輸入通道信號(hào)分別進(jìn)行放大倍數(shù)控制。調(diào)理模塊中的濾波器為低通濾波，主要用于對信號(hào)進(jìn)行抗混疊濾波，以確保信號(hào)的有效FFT分析。
　　
　　(2)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
　　
　　A/D轉(zhuǎn)換的采樣率和分辨率是進(jìn)行數(shù)字采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。在設(shè)計(jì)中，A/D芯片采用AD7685，單通道最高采樣率可達(dá)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(jìn)行FFT運(yùn)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(yùn)算中實(shí)時(shí)性和精度方面的要求，設(shè)計(jì)時(shí)選用TMS320VC33浮點(diǎn)型DSP芯片[6]。
　　
　　(4)存儲(chǔ)器選用
　　
　　存儲(chǔ)器可用于存放大量的表格數(shù)據(jù)和一些臨時(shí)數(shù)據(jù)。因?yàn)镈SP在作FFT運(yùn)算時(shí)要用到大量正弦及其他數(shù)據(jù)表格，而通常固化DSP程序的閃存和DSP的數(shù)據(jù)交換較慢，為保證FFT的運(yùn)算速度，可在FFT運(yùn)算前，將表格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于DSP外的高速存儲(chǔ)器內(nèi)。
　　
　　(5)USB接口芯片選用
　　
　　USB接口芯片是連接PC機(jī)和底層硬件的通信紐帶，USB總線有著嚴(yán)格的電氣規(guī)范和時(shí)序要求，采用接口芯片可以減少電路設(shè)計(jì)的工作量，特別對于在實(shí)現(xiàn)5V與3.3VDSP的數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，采用可同時(shí)兼容這兩種電壓的接口芯片，還省去轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中選用Philips的高速USB2.0芯片ISP1362。數(shù)據(jù)采集器工作時(shí)，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(shè)計(jì)
　　
　　該系統(tǒng)軟件包括DSP軟件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。
　　
　　4.2.1DSP軟件的設(shè)計(jì)
　　
　　DSP軟件由DSP主程序和中斷服務(wù)程序組成[4]。
　　
　　DSP主程序主要完成以下任務(wù)：(1)初始化USB芯片，讀入用戶設(shè)置的采樣頻率參數(shù)，并根據(jù)這個(gè)參數(shù)初始化時(shí)鐘，以產(chǎn)生正確的采樣時(shí)間信號(hào)；(2)讀入采樣通道參數(shù)并初始化AD7685；(3)讀入用戶放大倍數(shù)，設(shè)置可編程放大器。這些參數(shù)讀入完畢后，將采樣通道采集的數(shù)據(jù)通過USB口發(fā)送給PC側(cè)的LabVIEW軟件分析處理。
　　
　　中斷服務(wù)程序主要用來響應(yīng)A/D所產(chǎn)生的中斷，在設(shè)計(jì)中，中斷服務(wù)的任務(wù)主要是讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，并判斷其是否達(dá)到FFT點(diǎn)數(shù)，如沒達(dá)到則返回，反之，進(jìn)行FFT運(yùn)算，并將數(shù)據(jù)傳遞給接口芯片。