基于DSP的高速数据采集处理系统的研究

摘要

随着电子技术的发展,高速数据采集处理技术已获得了较大的发展。基于DSP(数字信号处理器)的高速数据采集处理系统既能实现对信号的高速采集,又能对信号进行时域和频域的分析处理,具有良好的发展潜力和市场竞争力。
　　本文在调查了高速数据采集处理系统的发展现状后,研究了高速数据采集系统涉及的理论基础,并对数字信号处理中的FIR(有限冲击响应)滤波器和FFT(快速傅里叶变换)进行了研究。在此基础上,对采样率为40Msps的高速数据采集处理系统进行了应用开发,独立完成了基于DSP的高速数据采集处理系统的软硬件设计。所设计的系统具有多种功能:能对高速信号的峰峰值、平均值、有效值进行测量;能对高速信号的周期和频率进行测量;能通过绘图算法将采集的数据按时间顺序以波形图的形式显示在液晶屏上;能将时域信号通过FFT变换为频域数据,在液晶屏上显示信号的功率谱和相位谱。以上功能相当于实现了交流数字电压表、频率计、示波器、频谱分析仪等多种仪器功能。另外,还探索实现了三个功能:其一,通过对高速信号进行插值和对低速信号进行抽取,在采样率与存储容量有限的条件下改善了波形显示效果;其二,通过改变量化基准实现波形图在液晶屏上的Y向幅度调节,能更好地观测信号;其三,通过带通滤波器提高了信噪比,抑制了带外干扰与噪声。
　　本系统采用键盘和液晶显示实现人机交互功能:键盘是采用中断工作方式,并用DSP监测键盘状态,执行相应的应用程序。显示是通过绘图算法将采集和处理后的数据及参数以图文并显方式显示在液晶屏上。系统操作简便,界面直观明晰,具有一定的特色。
　　系统的测试结果表明,本文所设计的基于DSP的高速数据采集处理系统实现了研究的预期目标,具有一定的使用价值,可进一步开发为高速的多功能虚拟仪器,对后续的研究工作具有一定的借鉴意义。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究的背景和意义

§1.2 高速数据采集处理系统的发展现状

§1.3 课题论文研究的内容

第二章 高速数据采集处理系统的理论研究

§2.1 数据采集的基本理论

§2.2 采样保持

§2.3 时钟频率合成技术

§2.4 高速数据存储技术

§2.5 数字滤波器的基本理论

§2.6 FFT运算的理论基础

§2.7 高速系统的PCB设计

§2.8 本章小结

第三章 高速数据采集处理系统的硬件设计

§3.1 硬件总体设计方案

§3.2 信号调理电路设计

§3.3 高速模数转换模块设计

§3.4 高速时钟电路设计

§3.5 高速存储电路设计

§3.6 CPLD控制电路设计

§3.7 液晶接口电路设计

§3.8 3.3V和5V混合电路连接设计

§3.9 键盘电路设计

§3.10 PCB设计及抗干扰措施

§3.11 本章小结

第四章 软件设计

§4.1 DSP软件开发环境

§4.2 系统软件的总体设计

§4.3 信号的预处理和参数计算

§4.4 数字滤波器设计

§4.5 频域数据处理

§4.6 键盘扫描与处理

§4.7 液晶显示编程

§4.8 波形图的绘图算法

§4.9 自举引导程序设计

§4.10 本章小结

第五章 系统调试与结果分析

§5.1 硬件单元模块调试

§5.2 软件调试

§5.3 系统联调

§5.4 调试中出现的问题及解决方案

§5.5 系统功能测试验证

§5.6 系统的误差分析

§5.7 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果

附录A:硬件电路原理图

附录B:硬件电路PCB图

附录C:DSP数据处理及显示部分程序