基于DSP的便携式谐波分析仪毕业设计Word格式文档下载.doc
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3.2.2原理图设计 15
3.2.3印制板图设计 18
3.3A/D转换模块 19
3.3.1ADC0809概述 19
3.3.2原理图设计 20
3.3.3印制板图设计 21
3.4D/A转换模块 22
3.4.1TLC5628概述 22
3.4.2原理图设计 23
3.4.3印制板图设计 25
3.5输入模块 26
3.5.1键盘模块 26
3.5.2数码管显示模块 28
4系统集成实现 30
5总结与展望 31
参考文献：
32
致谢 33
附录 34
基于DSP及虚拟仪器技术的开放式电子技术综合实验平台研制——基于DSP的便携式谐波分析仪
电子与信息工程学院电子信息工程专业2005级
指导教师
1绪论
1.1课题背景及意义
实验室的装备水平通常被作为一所高校教学、科研水平的重要标志,因此实验室的建设,应运用新技术、新知识,立足于高水平、高起点。
然而目前我校各实验室还是传统测试仪器占主导地位,微机和测试仪器基本上还处于互不相干的状态,因此用代表着仪器发展新潮流的虚拟仪器系统来加强实验室建设,跟踪国际先进水平,增创学科实验教学新优势,是十分必要的。
虚拟仪器是计算机技术、仪器技术、测量技术、数/模、模/数转换技术、软件等技术完美的结合,它己被愈来愈多的技术人员所接受,成为当今测量测试领域里的一支最重要的力量。
在虚拟仪器系统中、强调“软件就是仪器”的概念,硬件仅仅是为了解决信号的输入输出,软件才是整个仪器的关键,用户可以根据自己需要定义仪器的功能。
与传统仪器相比,虚拟仪器具有功能由用户定义、系统功能和规模可通过修改软件而增减、价格低可重复使用、技术更新快、软件结构大大节省开发和维护费用等。
另一方面，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术（DSP技术）应运而生并得到迅速的发展。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
DSP技术是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点：
（1）接口方便。
（2）编程方便。
（3）稳定性好。
（4）精度高。
（5）可重复性好。
（6）集成方便。
DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。
基于此，本课题提出研究基于DSP及虚拟仪器的开放式电子技术综合实验平台。
1.2研究内容
基于DSP及虚拟仪器技术的开放式电子技术综合实验平台研制，平台由前、后台两部分构成，前台由DSP与FPGA为核心的模块化硬件构成，并嵌入实时信号处理算法，基于PC的后台软件采用面向信号的组件技术设计。
平台提供基本层次模块化应用案例及提高层次系统集成应用案例若干，重点研究典型案例的框架集成及模块开放式设计方法。
平台具有较好的开放性，可灵活剪裁、合成，方便二次开发。
本次课题选择以下三个典型案例进行研究并实现：
（一）基于嵌入式技术的ZigBee无线通信模块设计；
1）硬件设计，设计基于单片机、DSP或ARM的ZigBee无线通信模块，包括发射与接收模块的设计；
2）软件设计，设计基于单片机、DSP或ARM的无线通信模块软件，可采用汇编、C语言或者基于LINUX环境开发（ARM）。
（二）、基于DSP的便携式谐波分析仪；
1）预处理及外围接口电路设计，预处理电路主要包括传感器接口、放大、滤波、键盘、显示、光耦隔离电路等模块，主要是对原有的各电路方案进行优化、集成。
2）基于TMS320F2812的DSP主板设计，设计基于TMS320F2812的主板，板卡具有以下功能模块：
16路A/D，6路PWM，1路D/A，外扩内存64K*16Bit以上，支持矩阵键盘、液晶接口，支持RS232或CAN总线通信；
3）基于DSP的实时谐波分析软件设计，基于CCS环境，采用C语言为主、汇编为辅开发DSP软件，软件包括框架软件和功能模块，其中功能模块包括：
初始化、采集模块、键盘扫描、液晶显示、谐波分析软件、通信模块等。
4）基于PC的虚拟仪器软件设计，设计基于RS232或USB、PCI总线的虚拟仪器软件，可采用C或者VC设计。
主要是基于外购USB数据采集卡或者自制的TMS320F2812DSP主板进行设计，包括：
实时测试模块、数据分析、数据管理模块等。
（三）、基于DSP的图像处理平台研究及设计
1）基于TMS320VC5402的DSP主板设计，设计基于TMS320VC5402的DSP主板，要求该板卡具有以下功能：
支持JTAG仿真方式或者BOOTLOADER自启动方式工作。
2）基于多分辨率分析的图像处理方法研究；
基于多分辨率分析的图像融合方法研究；
基于Contourlet变换的图像处理方法研究；
多源遥感图像融合方法研究。
研究设计基于多分辨率分析的图像处理方法与技术，以Matlab语言为主，C或VC为辅设计，可研究彩色空间变换、小波变换、拉普拉斯塔型分解、方向滤波器组等方法，具体内容包括各类图像的融合、去噪、增强和数字水印等图像处理方法。
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2系统设计过程
2.1系统设计思路概述
在这次毕业设计中我们小组集体完成基于DSP的便携式谐波分析仪的设计，该课题包括预处理及外围接口电路的设计、基于TMS320F2812的DSP主板设计和基于DSP的实时谐波分析软件的设计。
在该系统中，我们采用硬件与软件相结合。
当小信号经过传感器进入接口电路中时，通过预处理（如放大、滤波、A/D转换等）送给DSP芯片进行谐波分析，也可以在硬件电路上借助于相应软件程序来对信号进行谐波分析，从而实现对输入信号的实时分析计算和显示，
在该课题中我负责的是预处理及外围接口电路的设计，并且对硬件系统集成方案进行了优化并实现系统集成。
2.2系统集成方案
实验平台采用开放、灵活的设计方式，并根据电子技术课程特点，将智能仪器仪表与综合实验平台相结合。
采用“模块化”的设计思路，以便对各模块出现的问题及时调整和改正，有利于更快更好的完成设计任务,测试系统中融入先进的电子线路，仿真设计方法，虚拟仪器技术，DSP技术等，系统可以灵活组合，实现不同的系统方案。
本次设计包括程控放大器、有源滤波器、A/D、D/A、键盘、显示接口模块、DSP芯片模块等，不同的模块可以组合成实现不同功能的实验系统。
例如：
电路1、2、3、4、7、8组合；
电路1、2、7、8组合，等等。
充分体现了各模块之间灵活组合。
其中一种硬件系统框图如下图2-1所示：
图2-1硬件系统框图
通过放大器、滤波器、A/D、D/A及DSP芯片来完成对信号的谐波分析。
当小信号经过传感器进入接口电路中时，我们采用了一个放大电路来把这个信号放大到要求的范围，并设计一个滤波器对放大后的信号进行滤波除噪。
当得到干净的模拟信号（16路），经过多路开关，选出一路进入AD芯片，完成模拟量到数字量的转换，并通过总线送给主控制板进行高速数据分析，同时，由D/A芯片对放大电路和滤波电路进行实时控制。
2.3Protel99SE简介
Protel99SE是澳大利亚ProtelTechnology公司推出的一个全32位的电路板设计软件。
该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，使用该软件设计者可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真，是业内人士首选的电路板设计工具。
其中，原理图设计系统是用于原理图设计的AdvanceSchematic系统。
这部分包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch以及用于修改、生成零件的零件库编辑器SchLib。
印刷电路板设计系统是用于电路板设计的AdvancedPCB。
这部分包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改、生成零件封装的零件封装编辑器PCBLIB。
信号模拟仿真系统是用于原理图上进行信号模拟仿真的SPICE3f5系统。
可编程逻辑设计系统是基于CUPL的集成于原理图设计系统的PLD设计系统。
Protel99内置编辑器包括用于显示、编辑文本的文本编辑器和用于显示、编辑电子表格的电子表格编辑器Spread。
原理图的设计步骤一般为：
（1）设置原理图设计环境。
设计环境对画原理图影响很大，在画原理图之前，应该把设计环境设置好。
工作环境设置是使用Design/Options和Tool/Preferences菜单进行的。
画原理图环境的设置主要包括图纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等。
（2）放置元件。
将电气和电子元件放置到图纸上。
一般情况下元件的原理图符号在元件库中都可以找到，只需要将元件库中的元件从库中取出，放置在图上。
由于元件种类非常多，都被分别放在不同的元件库中，所以应该知道哪类元件在哪些库中。
（3）原理图布线。
元件一旦放置在原理图上，就需要用导线将元件连接起来，连接时一定要符合电气规则。
（4）编辑与调整。
编辑元件的属性，这些属性包括元件名、参数、封装图等。
调整元件和导线的位置等操作。
（5）检查原理图。
使用Protel99SE的电气规则检查功能检查原理图的连接是合理与正确，给出检查报告。
若有错误就需要根据错误情况进行改正。
（6）生成网络表。
生成原理图的网络表，所谓网络表就是元件名、封装、参数及元件之间的连接表，通过该表可以确认各个元件和它们之间的连接关系。
（7）打印输出。
打印输出原理图。
印制板图的设计流程分为：
规则设置、设计准备、网表输入、元器件布局、布线、检查、输出七个步骤。
（1）规则设置：
画完原理图后就可建立印制板图。
在建立新文件中选择文件向导，在此设定印制板的建立规则，如板的大小、各层定义1、过孔设置等。
（2）印制板图设计准备工作：
对照原理图找出每个元件的封装，针对不同的封装，要考虑到不同的封装在PCB板中要预留不同大小的位置；
否则在装配元件是时器件的引脚的插入就可能有困难。
对封装库中没有的封装，要依据具体的元件手绘出来，并把它加入元件库中。
保证每个元件在调入PCB中时都有对应的封装。
（3）网表输入：
首先在原理图绘制完后建立一张网表。
在印制板图中将其调出，使用命令Design/CreatNetlist。
这张网表将与印制板图中的网表保持一致，以此来构建元件间的逻辑关系。
网表输入时，需要对原理图中各元件的关系进行检查。
检查时可能显示元件找不到或元件管脚有错等错误。
这时需要回到原理图，对出错元件的封装形式与PBC中的封装形式进行比较，改正错误或为元件绘制新的封装。
当所有错误都消除后，就可以执行此网络表，也就是将原理图中的所有元件导入印制板图。
（4）元器件布局：
网表输入以后，调入元件，所有的元器件都会在工作区的零点，重叠在一起,很多的预拉线交织也在一块。
下一步的工作就是把这些元器件推开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。
在设计中，布局是一个重要的环节。
布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以认为，合理的布局就是PCB设计成功的第一步。
布局的方式分为两种，一种是手工布局，另一种是自动
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