【二代示波器教程】第10章示波器设计—数字信号处理-电子工程世界

第10章示波器设计—数字信号处理

本章节为大家讲解二代示波器中用到的FFT和FIR。单纯从应用上来说，比较省事，调用API函数即可，从学习的角度来说，需要大家花点精力。

10.1 FFT快速傅里叶变变换

10.2 FIR有限冲击响应滤波器

10.3 总结

10.1 FFT快速傅里叶变换

二代示波器中做了2048点的浮点FFT。具体实现是采用ARM的DSP库函数arm_rfft_fast_f32。

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSO1_WaveProcess

* 功能说明: 波形通道1的FFT，FIR，最大值，最小值，平均值，峰峰值，频率和RMS的计算

* 形参:无。

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

void DSO1_WaveProcess(void)

{

uint16_t i;

uint32_t uiCycle, uiCount = 0;

/* 省略其它 */

/* 自动触发模式才计算FFT */

if(TriggerFlag== 0)

{

/* 前10种采样率计算FFT */

if(TimeBaseId< 10)

{

/* 执行2048点浮点FFT运算 */

for(i=0;i<2048; i++)

{

testInput_fft_2048[i]= g_DSO1->usWaveBufTemp[i];

}

/* 2048点实序列快速FFT,浮点 */

arm_rfft_fast_f32(&S,testInput_fft_2048, testOutput_fft_2048, ifftFlag);

/* 求1204点的幅值 */

arm_cmplx_mag_f32(testOutput_fft_2048,testInput_fft_2048, 1024);

/* 获得最大的幅值和所在的位置 */

uiCycle= testInput_fft_2048[1];

for(i= 2; i < 1024; i++)

{

if(uiCycle< testInput_fft_2048[i])

{

uiCycle=testInput_fft_2048[i];

uiCount= i;

}

/* 估算频率 */

g_DSO1->uiFreq= uiCount * g_SampleFreqTable[TimeBaseId][0] / 2048;

}

/* 省略其它 */

}

/* 省略其它 */

}

上面的代码中对采集的2048点数据做浮点FFT处理，并求出幅频响应，方便示波器上频谱的展示。同时代码中也做了一个简单的波形频率估计，这个估计仅适合周期性的正弦波，方波。

（1）对于正弦波而言，它经过FFT后，理想的幅频响应就是一根线，所以根据这个特性，只要找出幅频响应中幅值最大的值即可，它所对应的频率位置就是波形的频率。

（2）对于方波而言，它经过FFT后，理想的幅频响应就跟手机信号一样（中间有间隔），方波是由无限多个正弦波叠加而成的，其中第一个幅值最高的就是基波，也是方波的频率。

当前提供的方法仅适合估算，要提高精度的话需要对更多的点做FFT，或者采样率正好是波形频率的整数倍，这样可以有效降低频谱泄露，准确率较高。当然，这种方法的操作难度有点大，因为我们不知道波形频率是多少，求得就是波形频率。

关于FFT的计算，大家可以直接看我们的DSP教程，有详细讲解，务必优先看第25章，对FFT变换结果的物理意义有个认识，然后再看其它章节：http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3886。

10.2 FIR有限冲击响应滤波器

二代示波器的FIR滤波控制界面如下：

做了一个80阶低通FIR滤波器，分别可以在2Msps采样率，200Ksps采样率和20Ksps采样率下工作。每个采样率下做了7种截止频率。

FIR滤波在信号处理任务里面被调用：

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSO1_WaveProcess

* 功能说明: 波形通道1的FFT，FIR，最大值，最小值，平均值，峰峰值，频率和RMS的计算

* 形参:无。

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

void DSO1_WaveProcess(void)

{

uint16_t i;

uint32_t uiCycle, uiCount = 0;

/* 省略其它 */

/*自动触发模式才计算FFT */

if(TriggerFlag== 0)

{

/* 省略其它 */

/* 前10种采样率计算FFT */

if(TimeBaseId< 10)

{

/* 执行650点，80阶Fir滤波器 */

/*单通道2Msps */

if((TimeBaseId== 1)&&(g_DSO1->ucFirFlter_Step100KHz !=0 ))

{

DSO_FirFilter_Step100KHz();

}

/* 单通道200Ksps */

if((TimeBaseId== 4)&&(g_DSO1->ucFirFlter_Step10KHz !=0 ))

{

DSO_FirFilter_Step10KHz();

}

/* 单通道20Ksps */

if((TimeBaseId== 7)&&(g_DSO1->ucFirFlter_Step1KHz !=0 ))

{

DSO_FirFilter_Step1KHz();

}

/* 省略其它 */

}

根据不同的采样率，分别做了个处理，我们这里以函数DSO_FirFilter_Step100KHz()为例进行说明。这个函数的实现如下：

#define FIR_LENGTH_SAMPLES 650 /* 采样点数 */

#define BLOCK_SIZE 650 /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */

#define NUM_TAPS 81 /* 滤波器系数个数*/

#define FIR_StateBufSize BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1

*********************************************************************************************************

* 滤波器系数

*********************************************************************************************************

/* 80阶FIR低通滤波器系数通过fadtool获取系数 Fs = 2Msps, Fc = 100KHz*/

const float32_t firCoeffs32LP_100KHz[NUM_TAPS] = {

-3.126438727e-19f,-0.0002058673272f,-0.0004228431499f,-0.0006468905485f,-0.0008642434841f,

-0.001048665727f,-0.001161655295f,-0.001156177954f,-0.0009838859551f,-0.0006050768425f,

8.391786605e-19f,0.0008203662583f, 0.00180617522f, 0.002865221584f, 0.003865677863f,

0.004645895679f, 0.005031134468f, 0.004856021609f, 0.00399050815f, 0.002366269007f,

-2.110346192e-18f,-0.002989985514f,-0.006377025973f,-0.009831513278f,-0.01293939352f,

-0.0152332196f, -0.01623356342f, -0.01549717132f, -0.01266706176f, -0.007519159f,

3.381513724e-18f, 0.009749332443f, 0.0213866625f, 0.03438147902f, 0.04804687202f,

0.06158847734f, 0.07416618615f, 0.08496309072f, 0.09325480461f, 0.09847255051f,

0.1002533659f, 0.09847255051f, 0.09325480461f, 0.08496309072f, 0.07416618615f,

0.06158847734f, 0.04804687202f, 0.03438147902f, 0.0213866625f, 0.009749332443f,

3.381513724e-18f, -0.007519159f,-0.01266706176f, -0.01549717132f, -0.01623356342f,

-0.0152332196f,-0.01293939352f,-0.009831513278f,-0.006377025973f,-0.002989985514f,

-2.110346192e-18f, 0.002366269007f, 0.00399050815f, 0.004856021609f, 0.005031134468f,

0.004645895679f, 0.003865677863f, 0.002865221584f, 0.00180617522f,0.0008203662583f,

8.391786605e-19f,-0.0006050768425f,-0.0009838859551f,-0.001156177954f,-0.001161655295f,

-0.001048665727f,-0.0008642434841f,-0.0006468905485f,-0.0004228431499f,-0.0002058673272f,

-3.126438727e-19f

};

/* 其它截止频率对应的系数未贴出 */

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSO_FirFilter_Step100KHz

* 功能说明: FIR滤波器。

* 形参:无

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

void DSO_FirFilter_Step100KHz(void)

{

arm_fir_instance_f32S;

uint16_ti;

/* 获取要滤波的数值 */

for(i =0; i < BLOCK_SIZE; i++)

{

FirDataInput[i]=g_DSO1->usWaveBufTemp[i+g_DSO1->sCurTriPos+g_DSO1->sCurTriStep];

[1] [2]

关键字：数字信号处理引用地址：【二代示波器教程】第10章示波器设计—数字信号处理

上一篇：【二代示波器教程】第16章附件A---电阻屏触摸校准
下一篇：隔离示波器=示波器+隔离变压器吗

推荐阅读最新更新时间：2024-11-13 10:15

数字存储示波器的工作原理及软硬件系统的设计

与传统模拟示波器相比.数字存储示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能。在电子测量领域，数字存储示波器正在逐渐取代模拟示波器。但目前我国使用高性能数字存储示波器主要依靠国外产品，而且价格昂贵。因此研究数字存储示波器具有重要价值。借于此，提出了一种简易数字存储示波器的设计方案，经测试，性能优良。 2 数字存储示波器基本工作原理数字存储示波器与模拟示波器不同在于信号进入示波器后立刻通过高速A/D转换器将模拟信号前端快速采样，存储其数字化信号。并利用数字信号处理技术对所存储的数据进行实时快速处理，得到信号的波形及其参数，并由示波器显示，从而实现模拟示波器功能，而且测量精度高。还

[测试测量]

数字存储<font color='red'>示波器</font>的工作原理及软硬件系统的<font color='red'>设计</font>

一种2Gsps数字示波器数据采集系统的设计

数据采集系统是数字存储示波器的核心部分，在示波器采集控制电路的控制下，数据采集系统将待测的模拟信号量化后进行缓存，供示波器软件系统进行数据的处理、运算、显示。随着计算机技术的不断发展，高速ADC的性能不断提高，功能强大的DSP信号处理的实时性越来越强，可编程的逻辑器件的性能不断提升，为示波器数据采集系统的实现提供了一个可靠而且实用的数字平台。相应的，数据采集系统的采样速率、存储深度、波形捕获能力、鉴别能力等指标也在不断提高。国际上，示波器行业像安捷伦、泰克等公司在数字存储示波器市场上占据了主导地位，均有实时采样率达到几十Gsps的示波器面市，但是由于受到器件和工艺的限制，国内实现真正的高速高分辨率的数据采集系统还具有比较大的困难。

[测试测量]

一种2Gsps数字<font color='red'>示波器</font>数据采集系统的<font color='red'>设计</font>

泰克MSO/DPO2000B示波器系列简化和加快复杂设计的调试

当前的工程师和技术人员正面临着日益复杂、日益关键的调试任务。新型数字设计给设计人员带来了新的问题：串行总线上的系统集成问题，瞬变，信号畸形，总线争用问题等等，当然也包括产品开发周期的竞争压力，这一切都要求必须迅速准确的完成调试工作，工程师需要花时间来查找设计中的问题，如果没有合适的调试工具，这项任务会相当耗时和棘手。从迅速发现和捕获异常事件，到搜到波形记录找到时间及分析时间特点和设备行为，MSO/DPO2000B系列提供了一套强大的功能，加快了每个设计调试阶段的工作速度。泰克MSO/DPO2000B示波器系列支持高达200MHz的带宽、1GS/s的取样速率，以入门级价格提供了先进的调试功能。其拥有多达20条通道用于分析模拟

[测试测量]

基于视觉的ADAS解决方案，近在咫尺！

　　随着中高端汽车市场的快速发展，以及各国政府和民众安全性意识的大幅提升，曾经服务于小众高端市场的高级驾驶员辅助系统（ADAS）技术获得了快速发展的动力，特别是随着平台和解决方案成本的下降，ADAS应用及传感平台的配备已经从高端汽车向中端甚至入门级汽车车型中快速渗透。对于汽车 OEM厂商来说，在被动安全系统以及信息娱乐设备、ABS、ESP等已成为当前汽车电子标配设备之后， ADAS这类先进的主动安全系统还可作为产品差异化的增值亮点。　　据IHS isuppli公司的汽车研究专题报告，2011年自适应巡航控制系统（ACC）、车道偏离警告（LDW）和侧面物体探测（SOD）等三大ADAS技术的营业收入合计达到16.5亿美元，比20

[嵌入式]

原来数字信号处理“魔盒”是这样打开的

数字信号处理与计算机科学中的其他领域有很大区别，因为它所使用的是特别的数据类型：信号。在大多数情况下，这些信号来自于对真实世界的感知数据，例如：地震振动，视觉图像，声波等等。数字信号处理是使用数学、算法以及一些技巧来处理被转换成数字形式的信号。这数字信号处理有各种各样的易用，如：视觉图像增强、语音识别与语音生成、数据的压缩存储和传输等。如果我们连接一个模拟—数字转换器到一台计算机上，并用它来获取一组真实世界的数据。数字信号处理会告诉你接下来要做什么？ The roots of DSP are in the 1960s and 1970s when digital computers first became availabl

[嵌入式]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

【二代示波器教程】第10章 示波器设计—数字信号处理

【二代示波器教程】第10章示波器设计—数字信号处理