2024年4月1日发(作者:须艳丽)
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总第39卷掉435期
2002年第3期
●___________________________●______●_-_‘ -___-一
电涮与仪表
Electrical Measurement&In ̄nunentatlon
v01 39 No.435
Mar.2002
现频率放大功能。
c (2 r) 抽取
见图3(d)。我们把 选在感兴趣的频段上,便可获
得该频段十分精细的频谱结构,改变五可得到感兴
趣的所有频段的谱的精细结构。改变低通滤波器带
宽B和抽取比J】lf,可获得不同的信号带宽和相应的
分辨率。
2基于TMS32,0C54X DSK平台的ZFFT实现方
法
TMS320C54X系列DSP是研公司的第五代定
A
B C D
圈2 ZFgr实现框图
A
(a) (n)的频谱。
点DSP(数字信号处理器)产品,其CPU采用先进的
修正哈佛结构,围绕8条总线构成优化的cPu,处
理速度达40—100MIPS,处理字长l6位。存储器空问
达192K(其中PM、DM、I/O各64K),另外片内还集
成有丰富的外围电路等硬件,加上高度专业化的指
令系统,使该系列芯片具有很高的性能价格比、体积
小、共耗低、功能强等特点,它在数字信号处理、通讯
等许多领域已得到了广泛应用。
TMS320C54X DSK(DSP Start D是一种成本
(b)x(n)调制后的谱
较低,性能优秀的DSP入门套件,其硬件是一块独
立的应用板,上面除一片C542DSP芯片外,还提供
了可用于声音输入输出接口的TI』C320AC01接口芯
片,该芯片提供一路14bit量化的A/D和D/A转
换,内置式可编程抗混叠滤波器,采样率软件可编
程。另DSK板上还将许多接口信号引出以便硬件扩
展之用。DSK板通过主机接口与'PC机通讯,简便直
观的代数语言编程以及专用的易于使用的汇编器、
调试器为广大科技工作者学习和应用DsP提供了
极大方便。
由前面介绍得知,基于复调制的ZFFT对频带
无限制而更为实用些,所以下面我们介绍基于DSK
平台实现ZFFT的方法。
2.1频率移位
(c)低通滤波后的谱
(d)降采样后并作F盯的谱
图3 Z蘑1 过程频谱圈
其实现方法是首先以复指数信号 对 (n)
进行复调制,结果 (n)的频谱平移了五,见图3(b),
即 附近频段移到0频附近,再经数字低通滤波取
出信号 ( )在n(8/2)内的频率成份见图3(c),由
采样定得知,此时采样率可降至B而不会发生混
叠,经M:I采样率压缩器将采样率下降肋 : /砷
频率移位的操作是将 (n)乘以e 完成的。
常将其分成两个调制过程,即 ( )分别乘co8
(2'nf/zT)和sin(2"nfD 。DSP实现时,产生正余弦信
号有查表、台劳级数展开、递推公式等方法,这里考
虑到要保证正交信号间严格的相位关系和精度,决
定采用查表法。
首先建立正弦信号一个周期的样值表(Ns点),
放于数据存储区中称为滑窗的Ns个单元的循环缓
倍。这里数字低通滤波器和M:I采样率压缩器构成
降低采样率的抽取器,其改变采样率不是靠改变系
统采样时钟来完成而是采用数字抽取的方法使采样
率下降肼倍。最后辕出信号同样进行Ⅳ点F丌,此
时频率分辨率af=F,/NU比常规F丌提高了J】If倍,
冲区中。用辅助寄存器AR4指向某单元,则*AR4
代表某正弦值,而*AR4(Ns/4)为对应余弦值,两者
始终保持准确的正交相位关系。只要按一定步长修
正AR4,即可获得一定频率的正余弦信号值,改变
一
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总第39卷第435期
2002年第3期
EIe ̄"jc
电测与仪表
ea ̄nt&k 工-lm曲t iDn
V _]9 N0 435
2002
步长的大小可改变信号频率 .步长 ・N/F,。
2.2抽取器
肿和ZFFT的对照实验,实现的流程如图6。
AC01初始化程序设计出的实际参数为:
(1)采样频率:9.97kHz
实现抽取器时,滤波器采用直接形式的FIR滤
波器,将滤波器的乘法安排在低采样率一侧以减少
乘法次数,我们采用图4结构,即先降采样,再作滤
波处理以降低处理计算量。
(2)抗混叠低通滤波器截止频率:4.99kHz
(3)输入信号..f--1.25kHz和f=1.I lkHz两方波
信号的叠加。
(4)抽取器参数:B=0.997kHz(数字低通滤波器
采用的是100阶的FIR滤波器)
(5)Fn点数:128
l ‘ 01初始化程序l
图4抽取器简化结构图
这里我们采用循环缓冲区法来实现。
首先在数据存储区建立两个称之为滑窗的Ⅳ
(F1R滤波器阶数)个单元的循环缓冲区存放系数和
最新的输入数据。利用"C54X的高效指令和循环寻
址可方便实现抽取器。
。。
(n) m)
x(n-1)
xfn-21
ho
h1
h2
囱
¨ +1)
hIm-t
匝蔓
图6程序流程图
图5循环缓冲区数据安排
抽取器实现片段:
ARO=#一1
DE瑚 即em【#M_-
rep蟪t N—l1 =0
@y=hi(A
;将一l忖给ARO
;下一条指令重复执行M—I擞
;A清0,下一条指奇重复执行N-1敬。
;结果进Y保存
*AR3+O%=dat_(new ;读人新数据。完成]gl抽1功船
A=A+*AR34-0%**AR2+0% ;完成乘法累加运算
2.3Ⅳ点复数FFT
"C54X DSP有许多特殊指令和寻址方式适宜
=
(a)信号整个的谱
(b) 1.25kHz附近的放大谱
于FT'r运算,如位码倒序寻址等。FT'r作为数字信
号处理的经典算法,DSK程序库中提供有8 ̄1024复
数点FF1’程序供使用,其程序由以下几部分组成:
(1)位码倒序程序
(2)第一级蝶形运算
(3)第二级蝶形运算
(4)第三级至log2N级蝶形运算
(5)求功率谱及输出程序
3实验结果
我们在TMs320c54x DSK平台上完成了常规
图7常规F丌和zFFr的结果(下转第53页】
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总第39卷第435期
电测与仪表
V 39 No.4
2002年第3期
Ekctrieal M舶slII忸ne呲&Instrumem ̄ion
MBr 2∞2
在多路信号巡检仪的设计中,由于巡检仪的操作界
袁2 AT29C040A的地址分配
面为汉字界面,且程序量较大,所以使用了两块
A1 9c040A.一片作为程序存储器,存放程序和一、
二级汉字库;另一片存储报警历史(包括路号、时
间、超差量),可随时打印,存满后自动覆盖,如图3。
器的振荡频率‰与机器周期 存在以下
关系
如果振荡频率为12MHz时,机器周期
为1 s,访问外部存储器的指令周期 .为4
个机器周期.即4gs,对8031来说是可以保
证对AT29C040A的正常读写的。
。 图3 AT29CO40A和8031的接12"
参考文献:
4使用中的注意事项
[1]Atme1.N ̄volatde Menm ̄Data Book[MI 1995
8031的寻址空问为64K,而AT29C040A为512K,这就
E2]窦拒中. 片帆外围器件实用手册[M]北京航空航
天大学出敝社,1998.
产生了一个新的问题,OPen何扩大8031的寻址空间。由于
[3] 高海生.单片机应用技术大全[M].西南变通大学出
A 9c040A分为8个区,每个区的对应关系如表2,这样对
瓶社,1996.
于A1’29c040A的读、写操作过程中的地址分配,相当于8片
作者简介:
27512.A16 ̄A18提供选择地址。
柳世考(1965一),男,碗士,空军工程大学_II丰师、从事计算机
AT29C040A后缀有一12、一15和一20等几种,其意义为对
控制的教学与科研工作。
应的访问时问分别为120ns、150ns和200ns,8031系列微处理
收稿日期:2002 1—15 (马甲军 鳊发)
{上接第32页)
从图7和图8可见,我们在DSK上实现了
令人满意的。我们完全可以用它来作为分析信号精
一一
A
Z0DⅢ一Frr的功能 附近频段得到了细化,效果是
细谱的有力工具。
参考文献:
[1]酆广增译多抽样率数字情号处理[M .^民邮电出版社,1988
[2]王世・编著.数字信号处理EM]北京理】:大学出版杜,1997
(c)d=2 5kHz附近的放大谱
[3]刘松强.数字信号处理系统盈其应用[M]清华大学出版社、
1996.
[4]藏明桢.'I ̄S32N;5,I.X数字信号处理器结构、原理及应用[M]
DSPs U/'IIVERSITY.1999.
[51'131韶.20 ̄4X DSP Algebraic instruedon set.TI,l996.
f6] TM韶20c5旺Ds Il宣u GIIi 11,1996.
.
作者I畸介:
夏秀榆(197o.-),女,硬士研究生,毕业于四川大学无线电系,现为四
JII大学电子信息学院讲师.目前从事DSP系统开发盈声回披对}肖方
(d) 3.75kHz附j匠的放大谱
面的研究工作。
图8常规FFT和zF丌的姑果
收稿日期:2002-.01—13 (马甲军鳊发)
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}
2024年4月1日发(作者:须艳丽)
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Mar.2002
现频率放大功能。
c (2 r) 抽取
见图3(d)。我们把 选在感兴趣的频段上,便可获
得该频段十分精细的频谱结构,改变五可得到感兴
趣的所有频段的谱的精细结构。改变低通滤波器带
宽B和抽取比J】lf,可获得不同的信号带宽和相应的
分辨率。
2基于TMS32,0C54X DSK平台的ZFFT实现方
法
TMS320C54X系列DSP是研公司的第五代定
A
B C D
圈2 ZFgr实现框图
A
(a) (n)的频谱。
点DSP(数字信号处理器)产品,其CPU采用先进的
修正哈佛结构,围绕8条总线构成优化的cPu,处
理速度达40—100MIPS,处理字长l6位。存储器空问
达192K(其中PM、DM、I/O各64K),另外片内还集
成有丰富的外围电路等硬件,加上高度专业化的指
令系统,使该系列芯片具有很高的性能价格比、体积
小、共耗低、功能强等特点,它在数字信号处理、通讯
等许多领域已得到了广泛应用。
TMS320C54X DSK(DSP Start D是一种成本
(b)x(n)调制后的谱
较低,性能优秀的DSP入门套件,其硬件是一块独
立的应用板,上面除一片C542DSP芯片外,还提供
了可用于声音输入输出接口的TI』C320AC01接口芯
片,该芯片提供一路14bit量化的A/D和D/A转
换,内置式可编程抗混叠滤波器,采样率软件可编
程。另DSK板上还将许多接口信号引出以便硬件扩
展之用。DSK板通过主机接口与'PC机通讯,简便直
观的代数语言编程以及专用的易于使用的汇编器、
调试器为广大科技工作者学习和应用DsP提供了
极大方便。
由前面介绍得知,基于复调制的ZFFT对频带
无限制而更为实用些,所以下面我们介绍基于DSK
平台实现ZFFT的方法。
2.1频率移位
(c)低通滤波后的谱
(d)降采样后并作F盯的谱
图3 Z蘑1 过程频谱圈
其实现方法是首先以复指数信号 对 (n)
进行复调制,结果 (n)的频谱平移了五,见图3(b),
即 附近频段移到0频附近,再经数字低通滤波取
出信号 ( )在n(8/2)内的频率成份见图3(c),由
采样定得知,此时采样率可降至B而不会发生混
叠,经M:I采样率压缩器将采样率下降肋 : /砷
频率移位的操作是将 (n)乘以e 完成的。
常将其分成两个调制过程,即 ( )分别乘co8
(2'nf/zT)和sin(2"nfD 。DSP实现时,产生正余弦信
号有查表、台劳级数展开、递推公式等方法,这里考
虑到要保证正交信号间严格的相位关系和精度,决
定采用查表法。
首先建立正弦信号一个周期的样值表(Ns点),
放于数据存储区中称为滑窗的Ns个单元的循环缓
倍。这里数字低通滤波器和M:I采样率压缩器构成
降低采样率的抽取器,其改变采样率不是靠改变系
统采样时钟来完成而是采用数字抽取的方法使采样
率下降肼倍。最后辕出信号同样进行Ⅳ点F丌,此
时频率分辨率af=F,/NU比常规F丌提高了J】If倍,
冲区中。用辅助寄存器AR4指向某单元,则*AR4
代表某正弦值,而*AR4(Ns/4)为对应余弦值,两者
始终保持准确的正交相位关系。只要按一定步长修
正AR4,即可获得一定频率的正余弦信号值,改变
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步长的大小可改变信号频率 .步长 ・N/F,。
2.2抽取器
肿和ZFFT的对照实验,实现的流程如图6。
AC01初始化程序设计出的实际参数为:
(1)采样频率:9.97kHz
实现抽取器时,滤波器采用直接形式的FIR滤
波器,将滤波器的乘法安排在低采样率一侧以减少
乘法次数,我们采用图4结构,即先降采样,再作滤
波处理以降低处理计算量。
(2)抗混叠低通滤波器截止频率:4.99kHz
(3)输入信号..f--1.25kHz和f=1.I lkHz两方波
信号的叠加。
(4)抽取器参数:B=0.997kHz(数字低通滤波器
采用的是100阶的FIR滤波器)
(5)Fn点数:128
l ‘ 01初始化程序l
图4抽取器简化结构图
这里我们采用循环缓冲区法来实现。
首先在数据存储区建立两个称之为滑窗的Ⅳ
(F1R滤波器阶数)个单元的循环缓冲区存放系数和
最新的输入数据。利用"C54X的高效指令和循环寻
址可方便实现抽取器。
。。
(n) m)
x(n-1)
xfn-21
ho
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¨ +1)
hIm-t
匝蔓
图6程序流程图
图5循环缓冲区数据安排
抽取器实现片段:
ARO=#一1
DE瑚 即em【#M_-
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@y=hi(A
;将一l忖给ARO
;下一条指令重复执行M—I擞
;A清0,下一条指奇重复执行N-1敬。
;结果进Y保存
*AR3+O%=dat_(new ;读人新数据。完成]gl抽1功船
A=A+*AR34-0%**AR2+0% ;完成乘法累加运算
2.3Ⅳ点复数FFT
"C54X DSP有许多特殊指令和寻址方式适宜
=
(a)信号整个的谱
(b) 1.25kHz附近的放大谱
于FT'r运算,如位码倒序寻址等。FT'r作为数字信
号处理的经典算法,DSK程序库中提供有8 ̄1024复
数点FF1’程序供使用,其程序由以下几部分组成:
(1)位码倒序程序
(2)第一级蝶形运算
(3)第二级蝶形运算
(4)第三级至log2N级蝶形运算
(5)求功率谱及输出程序
3实验结果
我们在TMs320c54x DSK平台上完成了常规
图7常规F丌和zFFr的结果(下转第53页】
维普资讯
总第39卷第435期
电测与仪表
V 39 No.4
2002年第3期
Ekctrieal M舶slII忸ne呲&Instrumem ̄ion
MBr 2∞2
在多路信号巡检仪的设计中,由于巡检仪的操作界
袁2 AT29C040A的地址分配
面为汉字界面,且程序量较大,所以使用了两块
A1 9c040A.一片作为程序存储器,存放程序和一、
二级汉字库;另一片存储报警历史(包括路号、时
间、超差量),可随时打印,存满后自动覆盖,如图3。
器的振荡频率‰与机器周期 存在以下
关系
如果振荡频率为12MHz时,机器周期
为1 s,访问外部存储器的指令周期 .为4
个机器周期.即4gs,对8031来说是可以保
证对AT29C040A的正常读写的。
。 图3 AT29CO40A和8031的接12"
参考文献:
4使用中的注意事项
[1]Atme1.N ̄volatde Menm ̄Data Book[MI 1995
8031的寻址空问为64K,而AT29C040A为512K,这就
E2]窦拒中. 片帆外围器件实用手册[M]北京航空航
天大学出敝社,1998.
产生了一个新的问题,OPen何扩大8031的寻址空间。由于
[3] 高海生.单片机应用技术大全[M].西南变通大学出
A 9c040A分为8个区,每个区的对应关系如表2,这样对
瓶社,1996.
于A1’29c040A的读、写操作过程中的地址分配,相当于8片
作者简介:
27512.A16 ̄A18提供选择地址。
柳世考(1965一),男,碗士,空军工程大学_II丰师、从事计算机
AT29C040A后缀有一12、一15和一20等几种,其意义为对
控制的教学与科研工作。
应的访问时问分别为120ns、150ns和200ns,8031系列微处理
收稿日期:2002 1—15 (马甲军 鳊发)
{上接第32页)
从图7和图8可见,我们在DSK上实现了
令人满意的。我们完全可以用它来作为分析信号精
一一
A
Z0DⅢ一Frr的功能 附近频段得到了细化,效果是
细谱的有力工具。
参考文献:
[1]酆广增译多抽样率数字情号处理[M .^民邮电出版社,1988
[2]王世・编著.数字信号处理EM]北京理】:大学出版杜,1997
(c)d=2 5kHz附近的放大谱
[3]刘松强.数字信号处理系统盈其应用[M]清华大学出版社、
1996.
[4]藏明桢.'I ̄S32N;5,I.X数字信号处理器结构、原理及应用[M]
DSPs U/'IIVERSITY.1999.
[51'131韶.20 ̄4X DSP Algebraic instruedon set.TI,l996.
f6] TM韶20c5旺Ds Il宣u GIIi 11,1996.
.
作者I畸介:
夏秀榆(197o.-),女,硬士研究生,毕业于四川大学无线电系,现为四
JII大学电子信息学院讲师.目前从事DSP系统开发盈声回披对}肖方
(d) 3.75kHz附j匠的放大谱
面的研究工作。
图8常规FFT和zF丌的姑果
收稿日期:2002-.01—13 (马甲军鳊发)
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