基于DSP与FPGA的实时功率谱分析仪.pdf

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1、2015钲仪表技术与传感器20l5第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2基于DSP与FPGA的实时功率谱分析仪周权，盖淑萍，林楠森，周基阳一，徐声伟，刘军涛，蔡新霞，(1．中国科学院电子学研究所，传感技术联合国家重点实验室，北京100190：2．中国科学院大学，北京100190)摘要：设计了一套实时功率谱分析系统，主要用于信号的实时功率谱分析。采用DSP浮点芯片TMS32C6713作为系统的主处理单元，负责进行功率谱分析；FPGA芯片Spartanxc2s200为主控制单

2、元，并通过CY7C68013USB芯片与基于LabVIEW的上位机进行通信。为了保证系统的实时性，在DSP中使用了实时操作系统内核DSP／BIOS．它提供了抢占式多线程、硬件抽象、与寄存器配置等功能。分别采用频率为25Hz、100Hz的正弦信号对该系统进行标定。关键词：DSP；FPGA；LabVIEW；功率谱分析；实时性；DSP／BIOS中图分类号：TP206．3文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)02—0026—03DSPandFPGA．．basedRea1．timePowerSpe

3、ctrumAnalyzerZHOUQuan，，GAIShu—ping·，LINNan—sen，ZHOUji—yang'，XUSheng—wei，LIUJuntao，CAIXin—xia'(1．StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100

4、190，China)Abstract：Powerspectrumanalysisinthemodernindustryhasveryimportantsignificanceandpracticalapplicationvalue．Arealtimepowerspectrumanalysissystemwasdesigned，mainlyusedforreal—timesignalpowerspectrumanalysis．Inthispaper，aTI’sfloating—pointDSPchipTM

5、S32C6713wasusedasmainprocessingunit．responsibleforthepowerspectrumanalysis．AXil—inx’SFPGAchipSpartanxc2s200wasusedasmaincontrolunit．andcommunicatedwiththeLabVIEW—basedPCthroughCy—press’SUSBchipCY7C68013．Inordertoensurethereal—timeofthesystem，areal—timeop

6、eratingsystemkernelDSP／BIOSwasused．Itprovidesthefunctionsofpreemptivemuhithreading，hardwareabstraction，registerconfiguration，andSOon．Thesinusoid—alsignalswiththefrequencyof25Hzand100Hzwereadoptedtocalibratethesystem．Keywords：DSP；FPGA；LabVIEW；powerspectru

7、manalysis；real·timeanalysis；DSP／BIOS0引言P功率谱分析在现代工业中有着极为广泛的应用，如石~x(L)=(1)油探测、噪声分析、机床故障判断等。针对许多应用中对功率()=∑[n]eI2(2)谱分析的实时性要求，针对工业中常见信号的特征，设计了该系统，该系统在诸多工业应用的功率谱分析中是可以通用的。，k=0，1，⋯，Ⅳ一1(3)以TIDSP浮点芯片TMS32C6713为主处理单元，FPGA芯式中：户()为信号的功率谱；()为信号的DFT变换为片Spartanxc2s200

8、为控制单元，使用CY7C68013USB芯片与基信号的采样频率。于LabVIEW的上位机进行通信。同时系统使用了实时操作系2系统设计统内核DSP／BIOS．DSP／BIOS是为集成开发环境CCS开发的一2．1系统整体设计个尺寸可伸缩的实时内核，是为需要实时调度与同步而设计系统整体设计如图1所示，FPGA控制ADC芯片AD92dO进行的，提供了抢占式多线程，硬件抽象，与寄存器配置等功能。采样，当ADC采满512x14bit数据之后通过通用I／