1 导言
动态信号剖析是将时域信号转化为频域进行处理，一般要求使用时窗技能，如快速傅氏改换（FFT）、离散傅氏改换（DFT）等。假如采样点为N，直接DFT运算需求N2次乘法操作，需用很多运算时刻。而FFT运算可将运算削减到（N/2）log2N次乘法，因而，FFT成为动态信号剖析的中心算法。
依据数字信号处理的动态信号剖析体系使用广泛且具有重要作用。这儿使用TI公司高性价比的数字信号处理TMS320F2812规划了一种便携式态信号剖析仪，该体系信号剖析仪可收集动态信号，并处理数据的频域，可直接在LCD上显现信号各重量频率值、功率值、失真度等。经过试验测验，该动态信号剖析仪简洁直观，只需接纳到信号源，即可调查信号的多种目标参数。
2 动态信号剖析原理
动态信号剖析仪是使用于声响剖析，机械振动剖析和操控体系剖析等范畴的常用电子仪器。动态信号剖析办法有时域剖析法、频域剖析法等。其间频域法最适合动态信号剖析FFT算法。本体系选用FFT算法。N点的DFT先分解为2个N/2点的DFT，每个N／2点的DFT又分解为N／4点的DFT。最小改换的点数即所谓FFT的“基数”。在基数为2的N点FFT中，设N=2，则一共可分红M级运算，每级中有（N／2）log2N个蝶算，则N点FFT一共有（N／2）log2N个蝶算，1个蝶算只需一个复数乘法对N点FFT需核算（N/2）log2N个复数乘法、（N／2）log2N个复数加法。一般来说，FFT比DFT运算量要小得多，N点的FFT需做（N／2）log2N次乘法运算，而N点DFT需求做／N2次乘法运算，由此看来N点DFT运算量大约是FFT的2N/log2N倍，剖析动态信号频率成份，首要以采样频率fs采样N点（N=2M），经快速傅立叶改换得到其频谱。
由谱分辨率F=fs／N，假如坚持采样点数N不变，进步其分辨率（F减小），有必要下降采样频率，采样频率的下降会引起谱剖析规模的削减。假如坚持fs不变，为进步频率分辨率，可添加采样点数N，因为NT=Tp,T=fs-1，只要添加对信号的调查时刻Tp，才干添加N。Tp和N能够依照
的条件挑选。
3 体系硬件电路规划
便携式动态信号剖析仪的硬件结构图如图1所示。被检测输入信号经以运算扩大器LM358为中心的调度电路后送至TMS320F2812 DSP内部自带的12位A／D转化器采样后，其数字输出信号送至DSP内核处理单元进行FFT处理。经过DSP运算处理后，完成各重量频率值和功率值的核算，信号失真度的核算和周期信号的检测，其剖析成果由屏幕式LCD显现。键盘选用键盘查询方法中止处理，完成各种作业形式和显现界面的切换。
3.1 调度电路
在规划调度电路时，因为要将被采样信号的电压起伏调度到A／D转化器所能接纳的规模内并滤除高频噪声信号，因而选用级联方法。其间榜首级挑选高精度集成运算扩大器LM358组成电压跟从器，具有阻隔作用；而第二级扩大电路完成信号的份额扩大和低通滤波，如图2所示。图2中运算扩大器LM358构成反向份额扩大电路，Ui是经榜首级电压跟从器阻隔后的电压信号，R1、R3构成反向份额电路，将输入信号按份额缩小4.7倍，C3、R3构成RC低通滤波网络，其电路截止频率f=1/2πR3C3=1/2π×1 kΩ×0.01μF=15 923 Hz，契合规划要求（其信号频率规模0～10 000 Hz）。引脚7和引脚4别离接一只0.1μF的瓷片%&&&&&%，用于滤除高频。为了削减失调电流，引脚3接R2（其阻值约为R1和R3的并联电阻）；输出信号U0送至第三级加法电路。第三级加法电路可将信号升高0 V以上，满意A／D转化需求（该体系选用TMS320F2812内部自带A／D转化器）。调度完成后送至DSP进行数字信号处理。
3.2 体系操控单元
体系操控单元选用32位定点数字信号处理器TMS320F2812。TMS32OF2812是TI公司最新推出的一款32位定点高速DSP芯片，选用8级指令流水线，单周期32 x 32位MAC功用，最高速度每秒钟可执行1.50亿条指令（150MIPS），确保了操控和信号处理的快速性和实时性。别的IMS32OF2812片上还集成了丰厚的外部资源，包含16路12位ADC,16路PWM输出、3个32位通用定时器、128k的16位Flash存贮器、18kRAM存贮器，外围中止扩展模块（PIE）可支撑45个外围中止，并具有McBSP, SPI, SCI和扩展的CAN总线等接口。TMS32OF2812还支撑最大1M的外部存贮器扩展。
TMS32OF2812支撑C/C+十编程言语，其C言语优化器的C编译功率可达0%，还有虚拟浮点数学函数库供给支撑，能够大大缩短数学运算与操控程序的开发周期。TMS32OF2812十分适用于电机操控、电源规划、智能传感器规划等使用范畴川。在对 大 型 工程机械进行状况监测与故障诊断时首要要对各传感器的信号进行收集。CAN（co ntorlera eranetwork）总线具有可靠性强、链路简略、支撑优先级处理等长处[21，因而咱们挑选了依据CAN总线的主/从分布式的丈量方法，并开发了依据TMS32OF2812的智能CAN节点，它具有10路模拟量输人，4路数字量输人，不只能够依据中心处理主机的指令进行数据收集，还能够完成闹值报警、数字滤波、m 改换等功用，能够大大减轻中心处理主机的运算负荷。
TMS32OF2812选用高性能的静态CMOS技能，主频达150 MHz，使得指令周期缩短6.67 ns，然后进步操控器的实时操控能力。片内存储器资源包含：片内128 K×16位的Flash，128 K×16位ROM，18 K×16位的SARAM，1 Kxl6位一次可编程的存储器OTP。片上Flash／ROM具有可编程加密特性，便于现场软件晋级。TMS320F2812带有128位维护暗码，避免不合法用户经过JTAG仿真接口检查Flash/OTP/L0/L1的内容，拜访外设和装载某些不合法的软件，确保相关数据的安全性。A/D转化器有16个通道，可装备成2个独立的8通道模块，便于服务事情管理器A和事情管理器B。这2个独立的8通道模块可级联成一个16通道的模块。A／D转化器虽具有丰厚的输入通道和2个排序器，但只要1个转化器。主动排序答应对同一通道屡次转化，答应用户使用过采样算法，相对传统单次采样转化，这将进步成果的精度。
为了取得规则的A／D转化器精度，须选用正确的线路板布局。为了取得最佳作用，引脚ADCINxx要尽量远离数字信号线，可最大程度地消除数字电路中开关噪声与A／D转化器输入之间的耦合；一起，A／D模块的电源引脚与数字电源之间需选用恰当阻隔。
