基于ARM和DSP的铁路信号测试仪设计（DSP部分）

摘要

UM71系列(包括ZPW-2000A)无绝缘轨道电路已成为我国铁路的主流制式，轨道电路的正常工作对行车安全意义重大。轨道信号失真或者受到噪声污染有可能导致铁路信号设备错误动作进而发生行车事故。通过对铁路信号做出监测以及判断，可以帮助信号设备维护人员对故障设备进行及时修复从而避免事故发生。 本文设计了一种基于ARM/DSP双核结构的铁路信号测试仪，用以帮助设备维护人员及时检修故障设备。其中，DSP芯片选用TI公司的32位浮点处理器TMS320VC33作为信号分析与处理的核心，实现信号的解调、频谱分析和细化处理等功能。本测试仪作为一种实时的信号检测设备，充分利用了浮点DSP芯片高效灵活以及系统可裁减的特性，因而更适合于现场环境的应用。本测试仪主要针对目前使用较为广泛的UM71、ZPW-2000A系统以及站内25Hz相敏轨道电路，实现对移频信号的数字解调、区间载波频率检测、信号幅度检测、站内轨道信号的相位角及其幅度检测等功能。 本文着重分析了频谱细化技术中的ZFFT算法在实时信号分析中的应用，采用ZFFT算法可以在保证运算效率的同时提高频谱的分辨率。在此基础上，本文就这种算法提出了若干改进措施并且通过MATLAB对该算法及其改进措施进行了软件仿真。同时本文完成了基于这种算法的DSP软件设计：为了提高系统实时性，DSP算法均采用汇编语言实现。理论分析和实验表明调制频率的分辨率可以达到0.03Hz，满足实际应用要求。此外，本文设计了测试仪的硬件结构，主要是VC33的外围器件及其与双口RAMCY7C028的接口电路，以及基于这个接口电路的通信规程。

目录

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致谢

第1章综述

1.1自动闭塞系统概述

1.2机车信号

1.3课题的研究背景及意义

1.4国内外研究现状

1.5本文的内容及主要工作

第2章铁路信号测试仪的方案设计及硬件结构

2.1铁路信号测试仪的设计方案

2.2铁路信号测试仪工作原理

2.3双机通信

2.3.1双机通信规程

2.3.2硬件接口设计

2.4电气规程及时序

2.4.1引脚电气规程

2.4.2芯片的读写时序

2.5 VC33的脱机运行

2.5.1脱机运行方式的启动

2.5.2程序装入方式的选择

2.5.3引导程序的工作流程

第3章FSK信号分析与仿真

3.1铁路移频信号的频谱分析

3.2 ZFFT算法在铁路移频信号解调中的应用

3.3复调制ZoomFFT算法的基本原理

3.4铁路移频信号

3.4.1移频信号的特点

3.4.2铁路移频信号的频谱特征

3.5铁路移频信号的Matlab仿真

3.6信号的采样及加窗

3.7改进的ZFFT算法及其MATLAB仿真

3.8受电化谐波干扰信号的处理措施

第4章系统的软件设计

4.1 VC33实验系统简介

4.1.1系统的构成和特点

4.1.2主要硬件原理

4.2 Code Composer集成开发环境

4.2.1代码生成工具

4.2.2代码调试工具

4.3 FSK信号的产生以及采样

4.3.1 DDS的初始化

4.3.2定时器1的初始化

4.3.3信号的采样

4.4 ZFFT算法的汇编语言实现

4.4.1算法的汇编流程图

4.4.2对于主程序中各子函数的说明

4.5调制频率的计算以及信号等级的评定

4.6实验数据与结果分析

第5章总结与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录A

作者简历