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1、C2000参赛项目报告（命题组）题 目： 基于TMS320F2808的音频频率数字扫频仪 学 校： 云南大学 指导教师： 王威廉（教授） 参赛队成员名单（含个人教育简历）： 黄景昌、本科生、云南大学 木树娟、本科生、云南大学 赵金丽、本科生、云南大学基于TMS320F2808的音频频率数字扫频仪黄景昌 木树娟 赵金丽（云南大学信息学院 邮编650091）摘 要：本数字扫频仪采用TMS320F2808DSP芯片作为核心器件，实现了命题中的全部技术指标。本设计在不使用DAC与DDS芯片的情况下，根据DDS芯片的原理利用F2808芯片在软件上实现了DDS的功能，产生了步进小于1.5Hz的扫频信号。带
2、阻网络采用Sallen-Key有源滤波器结构，使陷波中心频率的衰减大于10dB(以10KHz为基准)。为了充分发挥F2808的软件资源，本设计未使用硬件峰值检波电路而是直接对带阻网络输出信号进行高速采样，实现了对幅频特性的精确测量。在显示模块中，按照约定的协议令F2808的SCI和PC进行通信，在PC端利用Labview软件开发了友好的显示界面，可方便对被测带阻网络的幅频特性信息进行处理、显示、存储和波形的打印输出。系统测试结果表明本设计方案是可行的、精确的。此外，本论文详述了均衡算法，计算出了算法中的关键参数并对算法的实时运算量进行了分析。关键词：音频频率 数字扫频仪 DSP 均衡算法 实时
3、处理Digital tester for audio frequency response characteristic based on TMS320F2808Huangjingchang，Mushujuan，zhaojinli(School of Information Science and Engineering,Yunnan University)Abstract：A simple digital frequency response characteristic tester is developed with TMS320F2808 DSP chip in our design,
4、 we have realized all of technical specifications. Without using DAC and DDS chip, we have achieved the function of DDS by means of F2808s software resources. According to the principle of DDS, we get the audio frequency signal whose increment is less than 1.5Hz. Sallen-key structure is adopted as b
5、and-stop network, it makes frequency response characteristic attenuates greater than 10d- B(with 10KHZ as the standard) at notch center frequency. In order to reduce cost and not to use hardware peak amplitude detector circuit, we sample the output signal of bandstop structure in a high speed sampli
6、ng rate, and finally get the amplitude-frequency characteristics accurately. In display module, F2808 communicates with PC in centain protocol , and at the PC-side Labview is used to develop a friendly interface, which is convenient to process and save data, display graph, as well as print out ampli
7、tude-frequency graph of band-stop network. Systems test shows that our design is feasible and accurate. Besides, the paper details equalization-algorithm, calculates key parameters of the algorithm, do a real-time computation analysis and make a equalizer based on this algorithm.Key words:Digital re
8、sponse characteristic tester, audio frequency, DSP, equalization algorithm,real-time processing目 录1.引言12.扫频系统指标13.扫频系统方案13.1扫频仪原理13.2扫频信号的产生23.2本系统介绍33.3扫频仪算法及数据处理34.扫频系统硬件设计54.1低通滤波电路64.2 DSP最小系统64.3通讯模块74.4电源管理模块75.扫频系统软件设计85.1软件总体框图85.2初始化模块85.3中断模块95.4扫频信号的产生模块95.5 幅频特性测试模块105.6 SCI通信模块106.均衡系统算
9、法设计126.1均衡算法设计126.2均衡算法运算量分析157.系统关键设计与创新178.评测与结论188.1评测188.2结论209.参考文献2110.附录2110.1实物照片2110.2扫频仪显示界面2310.3现场测试图片231. 引言频率特性是一个网络性能最直观的反映。扫频仪也称频率特性测试仪，用于测量网络的幅频特性和相频特性，它可根据频率特性的测量原理进行设计制作，是一种快速、简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，可广泛应用于电子工程等领域。由于模拟式扫频仪价格昂贵，不能对测得的数据进行处理，更不能打印网络的频率响应曲线，给使用带来诸多不便。为此，设计数字式扫频仪极具现实意义。T
10、I公司的DSP以其运行速度快，运算精度高，动态范围宽等诸多特点风靡于世，受到广大电子工程师的青睐，成为了电子设备中首选的核心器件。本团队的设计基于TMS320F2808DSP平台，完成了扫频仪的设计、制作及测试。2. 扫频系统指标本设计完成了题目中提出的所有要求，并在此基础上进行了扩展。本设计不仅实现了扫频信号的产生、带阻网络的设计、幅频特性的测试和显示，还可以存储测试数据、打印幅频特性曲线。现将题目的要求指标和本设计所达到的各项指标在表1中进行比较。表 1 各项指标对照表基本点要求要求指标本设计达到指标扫频信号源扫频信号范围2020KHz1920.86KHz扫频步进10Hz1.5Hz输出信号
11、幅度03V0.85V输出电阻600W600W带阻网络最大衰减10dB18dB幅频特性测试输入电阻600W600W幅频特性误差3.51%幅频特性显示显示方式PC或示波器显示PC显示注：1、表1中的幅频特性误差是以国泰电子数字扫频仪SA1005A的测量结果为基准的；2、 本设计采用TMS320F2808作为处理器，采用OPA2354作为运算放大器，采用TPS73hd318作为电源管理芯片，未使用外部ADC、DAC及DDS芯片，使用的器件均符合器件要求。3. 扫频系统方案3.1扫频仪原理现在较常用的数字扫频仪的设计方主要有以下两种方案。方案一：设计一个信号发生器，产生幅度恒定的扫频信号，并把产生的正
12、弦信号作为激励加到被测网络上，然后在网络输出端测出不同频率下的信号幅值，将所测得的幅值与信号源的幅值相除，便得到了幅频特性。该方法是手工方法的数字化，其要点是需产生扫频信号，并测得带阻网络输出端不同频率下信号的幅值。方案二：与方案一类似，但是不直接测出不同频率下信号的幅值，而是分别对带阻网络的输入、输出信号做FFT变换接着将对应频率成分处的幅值相除。该方案的要点是对输入、输出信号做精确的FFT变换。方案一简单直观，物理概念清晰，性能稳定，而方案二的计算量较大，故本设计采用方案一。3.2扫频信号的产生方案一：直接频率合成。它是最早的频率方法，是使基准信号通过脉冲形成电路来产生具有丰富谐波的窄脉冲
13、，随后通过混频、分频、倍频、滤波等步骤，进行频率变换与组合，以产生我们需要的大量离散频率。直接频率合成能实现快速频率变换、几乎任意高的频率分辨率、低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但是直接频率合成技术需要较多的硬件设备，不仅增大了频率合成器的体积和重量，而且输出的谐波、噪声及寄生频率都难以抑制。这种方法已不再多用。也不适合测试仪器集成化、数字化，小型化、低功耗的发展趋势，因此本系统不采用这种方法。方案二：锁相环路合成。锁相频率合成是应用锁相环路（PLL）的频率合成方法，常称为间接频率合成，主要由锁相环路和压控振荡器组成。压控振荡器的输出信号与基准信号的谐波在鉴相器里进行相位比较，当振荡频
14、率调整到接近于基准信号的某次谐波频率时，环路就能自动地把振荡频率锁到这个谐波频率上。这种频率合成器的最大优点是简单，指标也可以做得较高。但是，由于它是利用基准信号的谐波频率作为参考频率，故要求压控振荡器的精度必须在0.5内，如超出这个范围就会错误锁定在邻近的谐波上，因而造成选择频道困难。且对调谐机构性能要求较高，并且倍频次数越多，分辨力就越差，因此，这种方法提供的频道数是有限的。这与本系统要求的扫频信号源的指标相去甚远。因此，也不能采用这种方案来实现。方案三：数字锁相法。数字式频率合成器是锁存式频率合成器的一种特例，其区别在于锁相环路中插入一个可变分频器。这种频率合成器采用了数字控制的部件，压
15、控振荡器的输出信号在与基准信号进行相位比较之前先进行N次分频，压控振荡器的输出频率由分频比N来决定，当环路锁定时，压控振荡器的输出频率与基准频率的关系是，从这个关系式看出，数字式频率合成器是一种数字控制的锁相压控振荡器，其输出频率是基准频率的整数倍，通过控制逻辑来改变分频比N，压控振荡器的输出频率将被控制在不同的频道上。但是该方法的频率转换时间较长，并且很难达到较小的频率间隔，所以本系统也不准备采用这种方法来实现扫频信号源。方案四：直接数字频率合成。直接数字频率合成技术即DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)，是近年来随着数字集成电路和微电子技术的发展而迅速发展起来的第三代频率合成技术。它的基本原理就是
