一种综合信号发生处理系统设计方法

摘要

本发明属于信号发生处理技术领域，尤其涉及一种综合信号发生处理系统设计方法，包括以下步骤：步骤1、选取FPGA建立固定信号发生装置，通过FPGA产生所需波形信号，并将产生的波形信号连续显示在液晶显示屏上；步骤2、选取小型信号放大器建立功率放大装置，通过小型信号放大器对生成的波形信号进行放大，形成符合试验要求的激励源，加载激励并进行试验；步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理。本发明供一种方便携带、精确度较高、处理性能较好的综合信号发生处理系统设计方法。

说明书

技术领域

本发明属于信号发生处理技术领域，尤其涉及一种综合信号发生处理系统设计方法。

背景技术

目前，波形发生器已经广泛的应用在通信、控制、测量等各个领域，如锯齿波、正弦波、方波等波形常用于电路的设计与调试。随着电子技术的迅猛发展，数字化正逐渐地成为电子产业的发展趋势，各公司都将自己的产品向数字化、集成化、小型化等方向进行拓展。众所周知，数字化的电子产品有其不可替代的优势，譬如体积小、集成程度高、抗干扰能力强等特点。但是，数字电路只能够较好地处理脉冲波形，即只对l和0形成的方波处理得很好，对于连续渐变的信号不能够很好地处理。对于常见的信号发生装置，数字化信号往往保存在数据文件中，以便内部算法进一步处理，这就导致这种信号发生装置不具备便携性。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种方便携带、精确度较高、处理性能较好的综合信号发生处理系统设计方法。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种综合信号发生处理系统设计方法，包括以下步骤：

步骤1、选取FPGA建立固定信号发生装置，通过FPGA产生所需波形信号，并将产生的波形信号连续显示在液晶显示屏上；

步骤2、选取小型信号放大器建立功率放大装置，通过小型信号放大器对生成的波形信号进行放大，形成符合试验要求的激励源，加载激励并进行试验；

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理。

进一步，小型信号放大器采用D类功率放大器。

进一步，步骤1中通过FPGA产生所需波形信号，进一步包括，

通过FPGA采用可编程数字算法实时处理多个通道的波形信号，进而产生所需波形信号。

进一步，步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP中FIR数字滤波器对试验生成信号进行滤除谐波处理。

进一步，步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP采用频谱相减算法对试验生成信号进行基础降噪处理。

进一步，当小型信号放大器发生故障或输入波形信号有误时，保护控制装置迅速切断小型信号放大器输出。

进一步，保护控制装置通过单片机控制继电器开关，实现控制小型信号放大器输出通断。

本发明的有益效果为：

本发明的FPGA产生所需波形信号，改善了现有技术中数字化信号往往保存在数据文件中以便内部算法进一步处理，进而导致这种信号发生装置不具备便携性的问题，使得本系统方便携带；小型信号放大器为D类功率放大器，在相同负载和电源电压情况下，D类PA的功率几乎提高了五倍，使得本系统的精确度较高；DSP可以产生在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的有限长单位冲激响应(FIR)滤波器，所以滤波器是稳定的系统，使得本系统的处理性能较好。

附图说明

图1为本发明综合信号发生处理系统设计方法的流程图。

图2为本发明的固定信号发生装置的程序流程图。

图3为本发明的固定信号发生装置的硬件结构框图。

图4为本发明的功率放大装置的电路图。

图5为本发明的保护控制装置的程序流程图。

图6为本发明的FIR数字滤波器的程序设计流程图。

图7为本发明的固定信号发生装置的硬件结构框图。

图8为本发明的信号检测处理装置的硬件结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图8所示，本发明提供的一种综合信号发生处理系统设计方法，包括以下步骤：

步骤1、选取FPGA建立固定信号发生装置，通过FPGA产生所需波形信号，并将产生的波形信号连续显示在液晶显示屏上；

步骤2、选取小型信号放大器建立功率放大装置，通过小型信号放大器对生成的波形信号进行放大，形成符合试验要求的激励源，加载激励并进行试验；

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理。

小型信号放大器采用D类功率放大器。

步骤1中通过FPGA产生所需波形信号，进一步包括，

通过FPGA采用可编程数字算法实时处理多个通道的波形信号，进而产生所需波形信号。

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP中FIR数字滤波器对试验生成信号进行滤除谐波处理。

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP采用频谱相减算法对试验生成信号进行基础降噪处理。

当小型信号放大器发生故障或输入波形信号有误时，保护控制装置迅速切断小型信号放大器输出。

保护控制装置通过单片机控制继电器开关，实现控制小型信号放大器输出通断。

实施例

步骤1、选取FPGA建立固定信号发生装置，通过FPGA产生所需波形信号，并将产生的波形信号连续显示在液晶显示屏上；

步骤1中通过FPGA产生所需波形信号，进一步包括，

通过FPGA采用可编程数字算法实时处理多个通道的波形信号，进而产生所需波形信号。

如图2所示，当系统检测到输入的频率值后，将频率值转化为整形，并且将转化后的频率值输入相位累加器之中。通过相位累加器能够对频率控制字进行累加，并将累加后的数据作为新的地址输出，再通过四个波形表进行波形的选择，最后通过数码管在LCD液晶显示屏上显示。

如图7所示，固定信号发生装置以FPGA为核心，通过直接数字频率合成器(DDS)技术实现函数信号的产生。波形存储器将相位信息转换为幅值信息，再通过D/A转换器转换变换为连续的模拟信号，最后通过低通滤波器滤波之后得到精确、连续的需要波形。

步骤2、选取小型信号放大器建立功率放大装置，通过小型信号放大器对生成的波形信号进行放大，形成符合试验要求的激励源，加载激励并进行试验；

小型信号放大器采用D类功率放大器。

当小型信号放大器发生故障或输入波形信号有误时，保护控制装置迅速切断小型信号放大器输出。保护控制装置通过单片机控制继电器开关，实现控制小型信号放大器输出通断。

如图5所示，当小型信号放大器发生故障或输入波形信号有误时，可能会损坏负载。为了防止这种情况的发生，需要能够迅速切断小型信号放大器输出，减小损失。保护控制装置通过单片机控制继电器，进而控制小型信号放大器输出通断，这是一种经济且可靠的方法。

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理。

如图8所示，通常器件中流过的电压或者电流信号都是在时间和数值上连续的模拟信号，即任意时间t均有确定的函数值u或i，并且u或i的幅值都是连续取值的。信号检测处理装置将这些信号通过A/D器件来进行采样处理，转换为时间上离散的脉冲信号，然后经过DSP对这些脉冲信号进行量化、编码，转化为由0和1构成的二进制编码，也就是本领域常说的数字信号。DSP能够很轻松的对这些数字信号进行变换、滤波等操作处理，还可以进行各种各样的复杂的运算从而达到所预期的目标。本系统采用DSP芯片的型号为TMS320F2821PGFA。

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP中FIR数字滤波器对试验生成信号进行滤除谐波处理。

FIR数字滤波器采用切比雪夫等波纹逼近方法设计，应用这种方法设计的滤波器能够获得较好的通带和阻带性能，并能准确地指定通带和阻带边缘，由于该滤波器在阻带和通带的误差是均匀分布的，因此其频率响应在阻带和通带内显示出等波纹性，阶次可以比较低。如图6所示，选取某一种合适的理想频率选择性滤波器(这种滤波器总是一个非因果，无限长的脉冲响应)，然而将它的脉冲响应截断(或加窗)以得到一个线性相位和因果的FIR滤波器。

步骤3、选取DSP建立信号检测处理装置，通过DSP进行试验生成信号的检测处理，实现试验生成信号的基础降噪去谐波处理，进一步包括，

DSP采用频谱相减算法对试验生成信号进行基础降噪处理。

频谱相减算法提供了有效的计算方法，通过从有噪声语音谱中减去噪声频谱，即增强了语音，又降低了噪声。有噪声语音被分段，并且被设置窗口，每个数据窗口的FFT均被执行，并且幅值频谱被计算出来。VAD用来检测输入的语音信号。在非语音段，噪声频谱将会被估计出来，并存入缓存区，再通过算法使得缓冲器内的数据衰减，从而使噪声减小。在非语音期间，有两种方法产生输出：用固定因子衰减输出或设置输出为0。在非语音帧期间具有某种残余噪声(舒适噪声)，可输出比较高的语音质量，原因是在语音帧期间，噪声局部地被语音屏蔽，它的幅值将会在非语音段上被存在的相同量值的噪声所平衡。在语音段上设置输出为0，具有放大噪声的效果，因此在非语音期间，最好通过固定因子衰减噪声。幅值与语音段上可觉察的噪声特性，以及噪声段上可觉察的噪声之间必须保持平衡，所以不希望的音响效果，如嗡嗡声、咔嗒声、抖动声、语音信号的模糊不清等，均可以避免。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。