發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 14:38

　　 頻譜分析儀是測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域最常用的儀器之一,它反映時(shí)域信號(hào)的頻率、功率關(guān)系。廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、軍事國(guó)防、機(jī)械故障探測(cè)、振動(dòng)測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械振動(dòng)領(lǐng)域的頻譜分析一般都是低頻信號(hào),因而低頻振動(dòng)信號(hào)頻譜分析儀有其特殊性。首先,并不需要射頻信號(hào)頻譜分析的射頻前端進(jìn)行下變頻。其次,在頻譜分析的結(jié)果顯示處理上,振動(dòng)領(lǐng)域有其自己的要求。低頻振動(dòng)信號(hào)頻譜分析儀作為機(jī)械設(shè)備頻譜測(cè)量和設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量?jī)x器,一般都是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,具有便于攜帶,使用便捷,性能要求高等需求。 本文的研究?jī)?nèi)容是將ARM和DSP的嵌入式技術(shù)應(yīng)用于低頻振動(dòng)信號(hào)頻譜分析儀的開發(fā),設(shè)計(jì)出一款應(yīng)用于低頻振動(dòng)領(lǐng)域的便攜式頻譜分析儀,實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)頻率測(cè)量,全頻譜測(cè)量和連續(xù)實(shí)時(shí)頻譜測(cè)量功能。低頻振動(dòng)信號(hào)頻譜分析儀采用基于ARM+DSP的雙核架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),ARM作為嵌入式控制模塊,負(fù)責(zé)整個(gè)儀器的控制、內(nèi)外部的通信和人機(jī)交互功能。DSP作為數(shù)據(jù)處理模塊,負(fù)責(zé)整個(gè)儀器的算法實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理。核心部件選用ARM微處理器S3C2410A和DSP數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713B,充分利用了S3C2410A的控制優(yōu)勢(shì)和TMS320C6713B強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。 測(cè)試結(jié)果表明此系統(tǒng)性能優(yōu)異,滿足了在頻率測(cè)量范圍1Hz-10KHz內(nèi),頻率響應(yīng)誤差小于±5%的要求,而價(jià)格卻比國(guó)外同類產(chǎn)品低很多。整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的小巧便于攜帶,適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,人機(jī)交互功能友好,使用非常方便。 論文首先簡(jiǎn)要介紹了低頻振動(dòng)頻譜分析儀的原理和總體設(shè)計(jì)方案,其次詳細(xì)闡述了頻譜儀的嵌入式系統(tǒng)(包括ARM控制模塊和DSP數(shù)據(jù)處理模塊)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。包括以S3C2410A為核心的ARM控制模塊的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),擴(kuò)展電路設(shè)計(jì),人機(jī)接口設(shè)計(jì),嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等。以TMS320C6713B為核心的數(shù)據(jù)處理模塊的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),ARM和DSP的HPI通信協(xié)議設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)處理算法設(shè)計(jì)等。接著詳細(xì)分析了用于頻譜分析的頻譜細(xì)化ZoomFFT算法,并進(jìn)行了仿真和改進(jìn),將改進(jìn)的具有自適應(yīng)功能的ZoomFFT算法應(yīng)用到頻譜分析儀中。本文最后給出了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試結(jié)果。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP368.1;TM935.21
【部分圖文】：

細(xì)化后的頻率分辨率為 0.02 Hz。直接進(jìn)行 1 024 點(diǎn) FFT 頻譜分析的仿真結(jié)果如圖 5-2 所示。圖5-2 直接1024點(diǎn)FFT的頻譜圖由于頻率成分間隔小于 2 Hz，四個(gè)譜峰完全疊加在一起形成了一個(gè)譜峰。文獻(xiàn)[30]中基于復(fù)解析帶通濾波器 ZoomFFT 的方法 1、2、3 進(jìn)行頻譜細(xì)化后的頻譜結(jié)果如圖 5-3 所示，各頻率成分被清晰的分開，與信號(hào)中頻率成分完全一致。（a） 方法1的頻譜圖 （b） 方法2的頻譜圖（c）方法3的頻譜圖圖5-3 算法仿真頻譜圖

算法仿真頻譜圖

(c) 細(xì)化頻帶范圍為499-504Hz (d) 細(xì)化頻帶范圍為501-505Hz(e) 細(xì)化頻帶范圍為495-501Hz圖5-5 自適應(yīng)算法仿真頻譜圖圖 5-5 中，490~510Hz 時(shí)的頻譜圖的自適應(yīng)濾波器帶寬為 20.48Hz，仿真運(yùn)算時(shí)間為 0.2536s；495~505Hz 時(shí)的頻譜圖的自適應(yīng)濾波器帶寬為 10.24Hz，仿真運(yùn)算時(shí)間為 0.1374s；499~504Hz 時(shí)的頻譜圖的自適應(yīng)濾波器帶寬為 5.12Hz，仿真運(yùn)算時(shí)間為 0.0516s；501~505Hz 時(shí)的頻譜圖的自適應(yīng)濾波器帶寬為 5.12Hz，仿真運(yùn)算時(shí)間為 0.0547s；495-501Hz 時(shí)的頻譜圖的自適應(yīng)濾波器帶寬為 10.24Hz，仿真運(yùn)算時(shí)間為 0.1297s。本節(jié)深入分析了基于復(fù)解析帶通濾波器 ZoomFFT 算法的濾波器帶寬、選抽比、運(yùn)算量、細(xì)化頻帶范圍等參數(shù)內(nèi)在關(guān)系，提出了具有自適應(yīng)功能的改進(jìn)算法。在實(shí)際應(yīng)用中
【參考文獻(xiàn)】

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1 王丹;基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析儀的研究[D];武漢大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：2890115