摘要：针对部分特别场合对频谱剖析仪运用需求多通道、便携等需求，规划了一种通道数最多支撑64通道的手持多通道频谱剖析仪。该频谱剖析仪以美国德州仪器公司推出的DSP+ARM双核CPU芯片OMAP-L138为渠道，选用多通道A/D转化器进行数据收集，运用QT开发GUI界面临体系进行操控和数据显现，能完结频谱剖析、失真丈量、信号收集、多通道数据比照剖析等功用。测验Y果标明：本规划能完结信号收集及频谱剖析功用，并具有较小的收集频率差错，差错值≤1%。
频谱剖析仪作为信号剖析领域中运用广泛的测验仪器，其首要功用是丈量信号的起伏/频率响应，能够完结频谱剖析、失真丈量、衰减丈量、电子组件增益丈量等，是从事电子产品研制、出产、查验的重要东西。现在频谱剖析仪首要有两种方法：一种是传统的频谱剖析仪的前端电路是必定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器变频后由低通滤器输出，滤波输出作为笔直重量，频率作为水平重量，在示波器屏幕上绘出坐标图，便是输入信号的频谱图。可是，传统的频谱剖析仪有显着的缺陷，它只能丈量频率的起伏，短少相位信息，因而归于标量仪器而不是矢量仪器。另一种是依据快速傅里叶变换FFT)的现代频谱剖析仪，经过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率重量，到达与传统频谱剖析仪相同的成果。这种新式的频谱剖析仪选用数字办法直接由模仿/数字转化器(ADC)对输入信号取样，再经FFT处理后取得频谱分布图。但这种频谱剖析仪体积较大、输入通道少，不行一起对多通道信号频谱进行剖析比较以及数据进一步处理，满意不了许多特定场合的运用要求。
依据这些，文中提出了一种依据OMAP-L138渠道的多通道(最多可达64通道)手持频谱剖析仪的规划方案，选用8通道A/D转化器AD7828进行多通道数据收集，运用跨渠道的C什运用程序开发软件QT开发依据linux操作体系的GUI界面临体系进行操控和数据显现，能完结频谱剖析、失真丈量、信号收集、多通道数据比照剖析等功用。
1 硬件规划
1.1 体系结构规划
规划选用TI公司推出OMAP-L138芯片为体系主控芯片，包含外围相关外设的建立，完结信号收集、核算、显现等功用，一起供给参数存储、数据传输等功用，便利PC机对数据进一步处理和剖析。OMAP-L138是一款高集成度、低功耗、高性能的双核处理器，OMAP-L138是TI的一款选用ARM和DSP双核架构的低功耗嵌入式处理器，其内部集成了300 MHz的ARM926EJ-S内核及300 MHz的C6748 VLIW DSP核，并供给了丰厚的外设接口，其将ARM核和DSP核整合集成在一个芯片内，其安稳性、抗干扰才能将得到很大的进步，一起也杰出其体积小、功耗低一级特色和优势，十分合适作为对数据处理才能要求高的手持设备的处理中心。
体系总体规划框图如图1所示，OMAP-L138双中心体系中，DSP核依托强壮的数据处理才能首要完结数据收集及数字信号处理等作业;ARM核则担任整个体系的操控、数据显现和交互以及文件传输等功用。ARM外围建立丰厚接口，一起很便利将数据传送至PC机进行进一步数据剖析与处理操作。
1.2 多通道数据收集
多通道数据收集原理图如图2所示，信号输入可为拔插式传感器的信号输入(如高保真电容式麦克风)，也可为各种信号输出体系的信号输出(如函数信号发生器)。其间每8路信号经过多路复用器74HC4051挑选其间一路信号送入前置扩大电路，前置扩大电路担任将输入信号扩大至AD输入规模，为确保前端扩大电路的性能指标，规划选用高频宽带运放AD811芯片，AD811 3dB带宽高达140MHz，而且具有2500V/us的速度。前级扩大后信号输入至AD7828芯片的模仿输入通道进行数据转化，AD7828是高速、多通道、8位ADC，具有8路复用模仿输入。半Flash转化技能完结了每通道2.5μs的快速转化速率。其间AD7828和74HC4051通道挑选选用DSP地址线操控，时序与DSP读时序兼容，可将对应通道数值收集当成外设地址数据进行操作，简化DSP程序流程，进步DSP利用率。
1.3 外围接口
体系外围包含Nand Flash、SDRAM、以太网、USB接口、键盘、触摸屏、Jtag接口与实时时钟和晶振。其间Jtag接口与实时时钟和晶振是体系最小体系所有必要，Nand Flash和SDRAM用于Arm核的linux操作体系运转的根底，供给文件存储及操作等功用。以太网和USB接口用于手持设备与PC机间通讯，供给数据文件到PC机，以便PC对数据进行进一步处理和剖析。键盘和触摸屏用于CUI界面的显现和操作，可完结丈量参数设置以及成果显现等功用。
2 软件规划
2.1 程序流程规划
OMAP-L138为ARM+DSP双CPU架构的处理芯片，其内部有128KB的同享内存可作为两边缓存数据，可是并没有在这两个核中添加用于个核之间的通讯机彼此操控的指令，两个核之间的通讯只能依托其间的中止体系，其间中止合计7个，Arm有5个DSP中止时刻，DSP有两个ARM中止。其间ARM和DSP只用体系操控模块中的INRGEN寄存器彼此中止。当双核需求进行数据通讯时，首先把数据放在两边能够拜访的同享内存中，然后给对方一个中止信号。对方接收到中止信号后渎取同享内存中的数据后进行相应操作。
如图3所示为双核程序流程操控图，ARM体系发动后，将运用DSP Link的Proc函数发动DSP核，DSP核被唤醒后等候ARM体系发送的中止信号。ARM子体系经过界面上参数的装备对所需求运转参数的修正，装备完结后ARM子体系对同享内存中的数据进行更新，更新完结后向DSP宣布中止指令，DSP接收到指令后从同享内存中读取所需求运转的参数，然后对信号进行收集，收集完结后依照处理参数对数据进行核算和处理，处理完结后将成果数据更新至同享空间，然后经过DSP Link向ARM宣布中止，ARM接收到中止后读取同享内存中的数值，然后将成果更新至界面以及Nand Flash存储空间，等候用户对数据进行剖析等操作。
2.2 界面规划
ARM内核运转操作体系为Linux2.6.32.2，界面选用QT进行开发规划，QT是一个跨渠道的C++运用程序开发结构。广泛用于开发CUI程序。其杰出封装机制使得QT的模块化程度十分高，可重用性较好，便利用户运用。界面运转截图如图4所示，其间包含文件操作、参数设置、运转测验及比照剖析界面。文件操作界面首要包含对前史记录数据调用、前史测验参数调用、跨渠道间文本传输等功用;参数设置首要对各个通道是否敞开、采样参数、处理算法、成果显式方法等进行设置;运转测验界面首要依据设置参数进行数据收集及成果显现;比照剖析界面首要对多通道数据进行比照及进一步剖析，得出各个通道信号比照之后的剖析成果。
3 试验测验
为测定体系可行性，本体系对CH1-CH4通道进行音频信号收集，信号输入端衔接高保真电容麦克风，信号源选用4个音频信号发生器一起宣布频率分别为1kHz、5 kHz、10kHz、15kHz的音频信号，各通道选用频率均设置为44.1k，选用FFT算法对其进行频谱剖析，得出各通道收集成果图如图5所示。试验数据成果比照如表1所示。由试验成果可知，其间能对声响信号输入进行频谱剖析，并将频谱成分以柱状图方法描绘，其间能提取信号规模内频率成分最大的频率重量，并将成果显现出来。
由表1可知，得出的成果差错较小，在1%以内。
4 定论
以OMAP-L138为中心的手持多通道频谱剖析仪，能够完结多路实时安稳的数据收集和处理剖析，依托其便携及多通道一起处理剖析的特性和QT开发的上位机界面杰出的交互功用及文件存储功用，该频谱剖析仪能灵敏运用到各种场合，具有很强的实用性。
