基于LabWindows/CVI和DSP的高精度频谱分析系统

　　0　引言

　　一个完整的信号分析系统通常由3部分组成:信号的获取与采集、信号的分析与处理和结果的输出与显示。在虚拟仪器系统中,信号的获取与采集由以计算机为核心的硬件平台来完成。在此硬件平台基础上,调用测试软件完成某种功能的测试任务,便可以构成不同功能的虚拟仪器[1]。

　　信号分析处理是LabWindows/CVI的一个重要组成部分,它提供了大量的专业性很强的信号分析处理函数,对于常见简单信号的分析或是精度要求不高时,利用LabWindows/CVI现成函数即可满足要求,但用来对较复杂信号进行处理时精度要求将难以保证。

　　1　系统设计

　　本系统以PC机和DSP(TMS320F2812)为主要硬件平台,以LabWindows/CVI为软件开发平台。上位机通过串口设置DSP的信号采样通道、采样频率和采样点数,DSP将采样数据通过串口传给上位机,由LabWindows/CVI软件平台完成对信号的各种分析处理。

　　1.1　DSP部分设计[2]

　　TMS320F2812内部具有8位的可编程异步串行通信模块SCI,是一个标准的异步串行数字通信接口,可以实现半双工或全双工通信及多机之间通信。通过设置两个8位波特率选择寄存器SCIH-BAUD和SCILBAUD可以采用多达64K种不同波特率进行通信。

　　数据采集使用TMS320F2812内部集成的ADC模块。它是一个12位带流水线的模数转换器,有16个转换通道,两个采样保持器;转换时间快,采样时钟可以配置为25MHz,最高采样带宽为12.5MSPS;可以通过多种方式启动AD转换,本系统采用事件管理器启动AD转换。

　　1.2　LabWindows/CVI部分设计[3]

　　LabWindows/CVI中RS232函数库提供了各种方式的串口控制函数,串口通讯典型步骤为:1)打开串口;2)设置串口通讯;3)实现和安装串口回调函数;4)读/写串口操作;5)关闭串口。信号分析处理是LabWindows/CVI的一个重要组成部分,它提供了大量的专业性很强的信号分析处理函数,对于常见简单信号的分析或是精度要求不高时,利用Lab-Windows/CVI现成函数即可满足要求,但用来对较复杂信号进行处理时精度要求将难以保证。

　　2　频谱校正

　　目前国内外有四种对幅值谱或功率谱进行校正的方法:比值校正法[4]、离散频谱能量重心校正法[5]、FFT+FT谱连续细化分析傅里叶变换法[6]和相位差法[7]。本系统中,先将各种校正方法编成动态链接库(dll),然后在系统中分别调用这些dll。

　　2.1　比值校正法[4]

　　这种方法利用归一化后差值为1的主瓣峰顶附近二条谱线的窗谱函数比值,建立一个以校正频率为变量的方程,解出校正频率,进而进行幅值和相位校正。校正频率为:

　　f_^x=(k+Δk)f_^s/N(1)