基于PCI總線和DSP技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計

2 FFT算法的實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)需要針對DSP數(shù)據(jù)采集模塊，開發(fā)并實(shí)現(xiàn)對模擬信號的采集以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT（快速傅立葉變換）算法處理的程序。
作為一般的情況，設(shè)：x(n)和X(k)都是復(fù)數(shù)，因?yàn)閺膶?shí)際計算過程看，實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)沒有區(qū)別，唯一不同的是：實(shí)數(shù)的虛部為零，表達(dá)式簡單些。而運(yùn)算過程所有的計算都是對實(shí)數(shù)進(jìn)行的，如果信號或頻譜是復(fù)數(shù)，就把最后計算的結(jié)果再組合成為復(fù)數(shù)分量。FFT運(yùn)算的基本單元是“蝶形單元”，其蝶形運(yùn)算的基本形式如下式所示：

所有蝶形單元的運(yùn)算可統(tǒng)一表示為

(1)

式(1)中，A和B是蝶形單元的輸入，C和D是輸出。同時將表示為

(2)

式(1)可以表示為虛部和實(shí)部形式，帶下標(biāo)R的字符表示實(shí)部，帶下標(biāo)I的為虛部，即

(3)

根據(jù)算法原理和上面的說明，用C語言編制出一個按時間抽取的FFT算法程序，結(jié)構(gòu)上分為幾個部分：首先是碼位的倒置，然后根據(jù)計算的點(diǎn)數(shù)確定蝶形運(yùn)算的級數(shù)，接著是逐級進(jìn)行蝶形運(yùn)算，完成FFT運(yùn)算。

3 應(yīng)用控制軟件的設(shè)計

圖6 控制軟件功能模塊框圖

整個應(yīng)用控制軟件的功能模塊框圖如圖6所示。
基于以上的控制功能模塊圖，選擇使用VC++來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)應(yīng)用軟件的人機(jī)界面以及對系統(tǒng)的控制功能。VC++的開發(fā)環(huán)境集編輯、編譯、連接、調(diào)試、向?qū)У榷囗?xiàng)功能于一體，并且提供了目前成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的MFC（MicrosoftApplication Foundation Classes）類庫。

我們開發(fā)的虛擬儀器系統(tǒng)PC端控制軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)波形顯示、端口配置、內(nèi)存讀寫以及對儀器的控制功能，其主界面如圖7所示。

圖7 程序主界面

結(jié)語
本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了基于DSP技術(shù)與PCI總線的數(shù)據(jù)采集處理卡，開發(fā)了虛擬式實(shí)時多通道FFT頻譜分析儀的應(yīng)用程序以及主機(jī)監(jiān)控界面。通過在數(shù)據(jù)采集卡上集成DSP，使得該卡不但能實(shí)時不掉點(diǎn)地采集外界信號，而且能在卡上實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、FFT頻譜分析。

整個系統(tǒng)經(jīng)過綜合調(diào)試和嚴(yán)格測試后，達(dá)到設(shè)計需求，業(yè)已投入實(shí)際使用。