自适应变采样率及分辨率数据采集系统研究

论文摘要

数据采集技术在信息采集和处理中起着重要的作用,因此开发设计具有一定通用性的数据采集系统,从而减少硬件的重复性开发,降低研发成本,提高产品设计的效率是很有必要的。针对当前数据采集系统通用性低,设计了采样率及分辨率可根据信号自适应变化的数据采集系统,实时对信号进行分析处理,调整系统参数,使得数据采集系统工作在最佳状态。在保证采样率的前提下,可以减少DSP处理数据量,提高系统动态范围及效率。归纳起来本文的主要工作有以下几个方面:首先,提出了自适应变采样率及分辨率数据采集系统的解决方案,分别介绍了该方案的硬件和软件设计。包括系统原理、系统整体框图、芯片选型等。其次,确定了硬件的设计方案,重点介绍了前端信号调理电路主要用到的芯片PGA202/203和MAX274,模数转换芯片AD7864,及CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)和DSP(Digital Signal Process)的应用。绘制硬件原理图和制作PCB(Printed Circuit Board)板,完成调试,同时分析了高速数字电路中PCB设计所需要注意的问题。最后,论文对数据采集系统自适应变采样率及分辨率算法部分进行研究,完成了自适应算法在TMS320VC33上的实现。系统首先对采集到的信号进行实时分析,分析信号的幅度及频谱,判断系统是否工作在最佳状态,当系统采样率及分辨率不满足信号要求时,调整系统到对应于信号的最佳采集状态,之后继续进行数据采集工作,完成白适应调整系统采样率及分辨率过程。这一套方案完整且有效,达到了设计要求,为进一步进行更高性能指标的变采样率及分辨率数据采集系统的研究与设计提供了有益的启示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 技术背景综述
• 1.2.1 数据采集的发展历程介绍
• 1.2.2 数据采集系统的分类及特点
• 1.3 论文的组织结构
• 第2章 基础理论与方案论证
• 2.1 系统原理介绍
• 2.1.1 模拟信号的数字化过程
• 2.1.2 数据采集系统的技术要求
• 2.1.3 自适应理论简介
• 2.2 系统结构及器件的选择
• 2.2.1 系统总体结构
• 2.2.2 系统主要器件的选择
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 模拟信号调理电路的硬件设计
• 3.1.1 衰减/放大电路设计
• 3.1.2 抗混叠滤波电路设计
• 3.2 A/D、D/A转换相关电路设计
• 3.2.1 A/D转换电路设计
• 3.2.2 D/A转换电路设计
• 3.3 DSP及其外围电路设计
• 3.3.1 DSP的性能结构特点
• 3.3.2 DSP的外围电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 CPLD逻辑电路综合设计
• 4.1 可编程逻辑器件
• 4.2 逻辑功能的实现
• 4.3 CPLD的设计要点
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 DSP程序编写和调试环境介绍
• 5.2.1 DSP程序的编写
• 5.2.2 调试环境代码编译器简介
• 5.3 数据采集系统中控制单元 CPLD的设计
• 5.4 系统初始化模块设计
• 5.5 A/D的驱动设计
• 5.6 自适应算法部分
• 5.6.1 自适应算法部分介绍
• 5.6.2 FFT频谱分析模块
• 5.6.3 信号幅值分析模块
• 5.7 本章小结
• 第6章 系统调试及结果分析
• 6.1 系统的硬件调试
• 6.2 3.3V和5V混合逻辑设计
• 6.3 系统的PCB设计
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢