資料介紹
引 言
ADSP-BF531處理器是ADI公司Blackfin系列產(chǎn)品的成員,專為滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和低功耗條件而設計的新型16位嵌入式處理器。它基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(Micro Signal Architecture,MSA),將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。ADSP-BF531處理器具有以下主要特點:最大頻率為600 MHz,1200 MMACs;每一個內(nèi)核中帶有2個16位的乘法器,2個40位的累加器,2個40位的邏輯運算單元,4個位的視頻運算單元和1個40位的移位器,在一個指令周期內(nèi)可完成2個16位數(shù)的乘法,2個40位數(shù)的算術(shù)邏輯運算,4個位的視頻數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯運算,1個40位的移位運算;低功耗采用1.12 V的內(nèi)核電壓和3.3 V的I/O電壓,片內(nèi)集成調(diào)壓器,并且具備動態(tài)電源管理;高達148 KB的片內(nèi)存儲器;豐富的外設接口,支持與SDRAM,SRAM,F(xiàn)LASH和ROM的無縫連接;片上JTAG仿真接口。
提出一種基于ADSP-BF531為核心,集DDS和A/D采樣芯片于一體的氣體濃度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對結(jié)構(gòu)性微氣體傳感器,充分利用了DDS信號源頻率、相位穩(wěn)定可控的特點和DSP芯片強大的控制能力和高速的數(shù)據(jù)處理能力,具有硬件簡單,成本低,可靠性高,通用性好等優(yōu)點。
1 自相關檢測原理
設被測信號x(k)由有用信號s(k)和噪聲u(k)組成:
x(k)=s(k)+u(k)
x(k)的自相關函數(shù)為:

式中:Rs(m)為s(k)的自相關函數(shù);Rsu(m)為s(k)與u(k)的互相關函數(shù);Rus(m)為u(k)與s(k)的互相關函數(shù);Ru(m)為u(k)的自相關函數(shù)。由于在電路系統(tǒng)中主要為白噪聲,有Rsu(m)=Rus(m)=0,隨著m的增大,

根據(jù)維納一辛欽定理,功率信號的自相關函數(shù)與其功率譜密度函數(shù)具有傅里葉變換關系,所以可以用FFT計算自相關函數(shù)。但是,實際采樣值只有N+1點,所以求出的Rx(m)只能是自相關函數(shù)的估計值。當用FFT計算自相關函數(shù)時,x(k)必須補N個零,使長度變成2N+1,因此功率譜密度為:

對上式進行IFFT就可以得到Rs(m)。
2 系統(tǒng)硬件設計
氣體濃度檢測系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。主要包括傳感器激勵信號的發(fā)生、傳感器位置的選取,信號采集以及外部存儲器的設計四個部分。其核心是ADSP-BF531芯片,它負責整個系統(tǒng)事務協(xié)調(diào)以及算法功能實現(xiàn)。系統(tǒng)工作過程中,DSP芯片通過設定 SPI控制器,控制DDS芯片AD9850產(chǎn)生一個特定的穩(wěn)幅的超聲頻的正弦信號。這個信號通過放大器和多路開關后,施加在指定的傳感器驅(qū)動電極上,并驅(qū)動傳感器發(fā)生同頻振動。傳感器輸出信號經(jīng)由前置放大器放大到適當?shù)某潭龋俳?jīng)過高精度的A/D芯片AD9235采樣后將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到DSP進行相關運算,計算出振動幅度
ADSP-BF531處理器是ADI公司Blackfin系列產(chǎn)品的成員,專為滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和低功耗條件而設計的新型16位嵌入式處理器。它基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(Micro Signal Architecture,MSA),將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。ADSP-BF531處理器具有以下主要特點:最大頻率為600 MHz,1200 MMACs;每一個內(nèi)核中帶有2個16位的乘法器,2個40位的累加器,2個40位的邏輯運算單元,4個位的視頻運算單元和1個40位的移位器,在一個指令周期內(nèi)可完成2個16位數(shù)的乘法,2個40位數(shù)的算術(shù)邏輯運算,4個位的視頻數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯運算,1個40位的移位運算;低功耗采用1.12 V的內(nèi)核電壓和3.3 V的I/O電壓,片內(nèi)集成調(diào)壓器,并且具備動態(tài)電源管理;高達148 KB的片內(nèi)存儲器;豐富的外設接口,支持與SDRAM,SRAM,F(xiàn)LASH和ROM的無縫連接;片上JTAG仿真接口。
提出一種基于ADSP-BF531為核心,集DDS和A/D采樣芯片于一體的氣體濃度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對結(jié)構(gòu)性微氣體傳感器,充分利用了DDS信號源頻率、相位穩(wěn)定可控的特點和DSP芯片強大的控制能力和高速的數(shù)據(jù)處理能力,具有硬件簡單,成本低,可靠性高,通用性好等優(yōu)點。
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式中:Rs(m)為s(k)的自相關函數(shù);Rsu(m)為s(k)與u(k)的互相關函數(shù);Rus(m)為u(k)與s(k)的互相關函數(shù);Ru(m)為u(k)的自相關函數(shù)。由于在電路系統(tǒng)中主要為白噪聲,有Rsu(m)=Rus(m)=0,隨著m的增大,

根據(jù)維納一辛欽定理,功率信號的自相關函數(shù)與其功率譜密度函數(shù)具有傅里葉變換關系,所以可以用FFT計算自相關函數(shù)。但是,實際采樣值只有N+1點,所以求出的Rx(m)只能是自相關函數(shù)的估計值。當用FFT計算自相關函數(shù)時,x(k)必須補N個零,使長度變成2N+1,因此功率譜密度為:

對上式進行IFFT就可以得到Rs(m)。
2 系統(tǒng)硬件設計
氣體濃度檢測系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。主要包括傳感器激勵信號的發(fā)生、傳感器位置的選取,信號采集以及外部存儲器的設計四個部分。其核心是ADSP-BF531芯片,它負責整個系統(tǒng)事務協(xié)調(diào)以及算法功能實現(xiàn)。系統(tǒng)工作過程中,DSP芯片通過設定 SPI控制器,控制DDS芯片AD9850產(chǎn)生一個特定的穩(wěn)幅的超聲頻的正弦信號。這個信號通過放大器和多路開關后,施加在指定的傳感器驅(qū)動電極上,并驅(qū)動傳感器發(fā)生同頻振動。傳感器輸出信號經(jīng)由前置放大器放大到適當?shù)某潭龋俳?jīng)過高精度的A/D芯片AD9235采樣后將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到DSP進行相關運算,計算出振動幅度
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