頻譜分析儀是測試測量領域最常用的儀器之一,它反映時域信號的頻率、功率關系。廣泛應用于無線通信、軍事國防、機械故障探測、振動測量等各個領域。機械振動領域的頻譜分析一般都是低頻信號,因而低頻振動信號頻譜分析儀有其特殊性。首先,并不需要射頻信號頻譜分析的射頻前端進行下變頻。其次,在頻譜分析的結果顯示處理上,振動領域有其自己的要求。低頻振動信號頻譜分析儀作為機械設備頻譜測量和設備運行時振動信號的測量儀器,一般都是現(xiàn)場測量,具有便于攜帶,使用便捷,性能要求高等需求。 本文的研究內容是將ARM和DSP的嵌入式技術應用于低頻振動信號頻譜分析儀的開發(fā),設計出一款應用于低頻振動領域的便攜式頻譜分析儀,實現(xiàn)單點頻率測量,全頻譜測量和連續(xù)實時頻譜測量功能。低頻振動信號頻譜分析儀采用基于ARM+DSP的雙核架構進行設計,ARM作為嵌入式控制模塊,負責整個儀器的控制、內外部的通信和人機交互功能。DSP作為數(shù)據(jù)處理模塊,負責整個儀器的算法實現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理。核心部件選用ARM微處理器S3C2410A和DSP數(shù)字信號處理器TMS320C6713B,充分利用了S3C2410A的控制優(yōu)勢和TMS320C6713B強大的數(shù)據(jù)處理能力。 測試結果表明此系統(tǒng)性能優(yōu)異,滿足了在頻率測量范圍1Hz-10KHz內,頻率響應誤差小于±5%的要求,而價格卻比國外同類產(chǎn)品低很多。整個產(chǎn)品設計的小巧便于攜帶,適應于現(xiàn)場測量,人機交互功能友好,使用非常方便。 論文首先簡要介紹了低頻振動頻譜分析儀的原理和總體設計方案,其次詳細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)設計和軟件設計。包括以S3C2410A為核心的ARM控制模塊的最小系統(tǒng)設計,擴展電路設計,人機接口設計,嵌入式系統(tǒng)軟件設計等。以TMS320C6713B為核心的數(shù)據(jù)處理模塊的最小系統(tǒng)設計,ARM和DSP的HPI通信協(xié)議設計,數(shù)據(jù)處理算法設計等。接著詳細分析了用于頻譜分析的頻譜細化ZoomFFT算法,并進行了仿真和改進,將改進的具有自適應功能的ZoomFFT算法應用到頻譜分析儀中。本文最后給出了系統(tǒng)的實現(xiàn)和測試結果。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：TP368.1;TM935.21
【部分圖文】：

細化后的頻率分辨率為 0.02 Hz。直接進行 1 024 點 FFT 頻譜分析的仿真結果如圖 5-2 所示。圖5-2 直接1024點FFT的頻譜圖由于頻率成分間隔小于 2 Hz，四個譜峰完全疊加在一起形成了一個譜峰。文獻[30]中基于復解析帶通濾波器 ZoomFFT 的方法 1、2、3 進行頻譜細化后的頻譜結果如圖 5-3 所示，各頻率成分被清晰的分開，與信號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) 細化頻帶范圍為499-504Hz (d) 細化頻帶范圍為501-505Hz(e) 細化頻帶范圍為495-501Hz圖5-5 自適應算法仿真頻譜圖圖 5-5 中，490~510Hz 時的頻譜圖的自適應濾波器帶寬為 20.48Hz，仿真運算時間為 0.2536s；495~505Hz 時的頻譜圖的自適應濾波器帶寬為 10.24Hz，仿真運算時間為 0.1374s；499~504Hz 時的頻譜圖的自適應濾波器帶寬為 5.12Hz，仿真運算時間為 0.0516s；501~505Hz 時的頻譜圖的自適應濾波器帶寬為 5.12Hz，仿真運算時間為 0.0547s；495-501Hz 時的頻譜圖的自適應濾波器帶寬為 10.24Hz，仿真運算時間為 0.1297s。本節(jié)深入分析了基于復解析帶通濾波器 ZoomFFT 算法的濾波器帶寬、選抽比、運算量、細化頻帶范圍等參數(shù)內在關系，提出了具有自適應功能的改進算法。在實際應用中
【參考文獻】

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本文編號：2890115