摘要：傅里叶改换算法在供电质量监测体系中被用来进行谐波剖析，怎么加速剖析速度和下降体系成本是当时这种监测体系规划重视的首要问题。TI公司的MSP430体系微控制器具有功耗低、供电规模宽及外围模块齐全等特色，合适完结各种监测设备。该系列芯片内部足够的数据存储器满意快速傅里叶改换算法进程中的数据存储，芯片内部很多的代码存储器存储相位因子的核算成果和所需求的三角函数数值，选用查表的办法以前进剖析速度;选用芯片内部硬件乘法器模块能够进一步前进剖析速度。实测成果显现对一个信号周期256个采样点的快速傅里叶改换剖析，完结悉数核算仅需求0.3 s的时刻，前10次谐波的核算相对误差低于千分之一。所研发的在供电质量监测体系彻底满意用户要求。
关键词：MSP430;快速傅里叶改换;存储器;微控制器
跟着各种电力电子设备在电力体系越来越广泛的运用，其非线性的特色使得供电中的谐波失真问题日益严重。监测技能的研讨对市电质量的补偿具有很高的价值，考虑到实践情况，在供电体系质量监测中需求一些低成本，但剖析速度较快的监测体系。
离散时刻采样的快速傅里叶改换FFT(fast Fouriertrans form)算法是现在最首要的谐波检测和剖析办法。FFT算法的完结能够选用专用芯片37—40、DSP芯片6—1141—44、FPGA芯片193— 207以及微控制器等。跟着集成电路制作技能和数字核算机技能的前进，微控制器芯片的功用和所能供给的逻辑资源越来越多。MSP430F1611微控制器芯片归于TI公司MSP430x1xx系列产品中的一种，该芯片具有10240字节的SRAM(Staric Random Access Memory)存储器、48 k字节的程序存储器、8通道12位ADC、2通道12位DAC、16位×16位硬件乘法器模块等片内资源。硬件乘法器模块支撑8/16位x8/16位有符号，或许无符号的乘法运算，并能够挑选“乘法与累加”功用。选用MSP430系列微控制器完结FFT算法具有超低功耗、低电压作业、低成本、剖析速度快等长处，它比选用专用芯片和DSP芯片价格便宜，比选用FPGA芯片简单完结。
1 运用微控制器完结FFT算法
快速傅里叶改换在信号处理中的线性滤、相关核算、谱剖析等方面起着重要的效果。将N点采样数据分解为更短的数据段来进行核算能够前进核算功率，现在运用最广泛的是基2的FFT算法。图1给出基2按时刻抽取的快速傅里叶改换中的根本运算进程379-388181-189。
这种运算进程被称为蝶形运算，因为它的流程图看起来就像一个蝴蝶。每次蝶形运算包含一次复数乘法运算和两次复数加法运算。一旦对一对复数(a，b)履行了发生(A，B)的蝶形运算，原数据就无须再保存，所以能够将成果(A，B)保存在与数据(a，b)相同的数据存储单元。
因为MSP430系列微控制器的开发软件不支撑复数运算，这儿复数运算需求分解成实部和虚部别离来完结，下面的函数“fft_2sin”用来完结蝶形运算。
2 运用查表替代相位因子中的三角函数运算
图2给出8点数据的基2按时刻抽取的快速傅里叶改换流程图。整个数据剖析需求多个阶段才干完结，每个阶段需求屡次调用基2的FFT算法函数。在前面给出的函数“fft_2 sin”中需求经过三角运算别离完结相位因子实部和虚部的核算。三角函数核算需求花费很多的时刻，可是在剖析的数据点数量给定今后能够首要完结相位因子的核算，将核算值存储在一个数据表中，经过查表的办法替代三角函数核算。修改后的基2的FFT算法函数如下。
运用MSP430系列微控制器的开发软件IAR模仿显现，在基2的FFT算法函数中核算相位因子的情况下，完结一次函数核算需求花费7422时钟周期;运用查表取得相位因子的情况下，完结一次函数核算只需求花费1242时钟周期。
3 运用硬件乘法器进一步加速运算速度
完结采样数据的FFT剖析的进程中需求进行很多的乘法运算，像其它的微控制器相同，MSP430系列芯片也是经过调用内部函数完结这些乘法运算的。运用硬件的办法完结要求的作业比运用软件模仿的办法快，也便是比运用编程完结的办法要快，可是增加硬件电路也将占用更多的逻辑资源。
TI公司在MSP430系列中的部分芯片中增加了硬件乘法器，运用开发软件中的编译选项能够方便地运用硬件乘法器替代内部函数来完结乘法运算。以完结图2 给出8点数据的基2按时刻抽取的快速傅里叶改换流程图为例，进程包含从采样数据的倒序摆放，3个阶段基2的FFT核算，终究给出频谱重量的起伏数值。不运用硬件乘法器需求46592时钟周期，运用硬件乘法器需求41183时钟周期。
4 定论
运用MSP430F1611微控制器芯片完结一个信号周期256个采样点的FFT剖析，当被剖析信号为50%占空比的方波，改换频率重量为0，1，2，3时，方波信号频谱实践测量值别离为127.500，162.342，0，54.1250，理论上的核算值别离为 127.500，162.338，0，54.1127。剖析上诉成果能够得到实践测量值与理论核算值之间的绝对误差别离为0，0.004，0，0.012 3，相对误差为0，0.002 5，0，0.023。
由上面的定论能够看出，运用程序发生256个采样数据，低电平数据为0，高电平数据为255，整个模仿程序占用芯片程序存储器3 492字节，数据存储器3 156字节。完结一次剖析需求2 410 975时钟周期，当选用8 MHz的时钟信号需求约0.3 s，前10次谐波的核算相对误差低于千分之一。
TI公司新推出的MSP430F5xx系列产品的指令履行速度到达25MIPS，并供给32位×32位硬件乘法器模块，这将进一步前进运算速度。
