低頻振動信號頻譜分析儀嵌入式系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、頻譜分析儀是測試測量領(lǐng)域最常用的儀器之一，它反映時域信號的頻率、功率關(guān)系。廣泛應(yīng)用于無線通信、軍事國防、機(jī)械故障探測、振動測量等各個領(lǐng)域。機(jī)械振動領(lǐng)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(jìn)行下變頻。其次，在頻譜分析的結(jié)果顯示處理上，振動領(lǐng)域有其自己的要求。低頻振動信號頻譜分析儀作為機(jī)械設(shè)備頻譜測量和設(shè)備運(yùn)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

2、，性能要求高等需求。
　　本文的研究內(nèi)容是將ARM和DSP的嵌入式技術(shù)應(yīng)用于低頻振動信號頻譜分析儀的開發(fā)，設(shè)計(jì)出一款應(yīng)用于低頻振動領(lǐng)域的便攜式頻譜分析儀，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)頻率測量，全頻譜測量和連續(xù)實(shí)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(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，ARM作為嵌入式控制模塊，負(fù)責(zé)整個儀器的控制、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S3C

3、2410A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(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。
　　測試結(jié)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(nèi)，頻率響應(yīng)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(shè)計(jì)的小巧便于攜帶，適應(yīng)于現(xiàn)場測量，人機(jī)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(shè)計(jì)方案，其次詳細(xì)闡述

4、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