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1、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第IV页基于FPGA的失真度测试仪字摘 要在电子工程的设计和应用中，信号无论在开路传输或闭路传输过程中都受到环境、传输网络的工作状态和应用元器件参数变化的影响使其或多或少的改变了原有信号的性质，这种变化就是所谓的信号畸变现象，通常叫做失真。信号的失真分为三种:频率失真，相位失真和波形失真。波形失真又称非线性失真，它是由放大电路的非线性引起的，非线性失真又包括谐波失真和互调失真。通过非线性失真测试可以考察传输网络的失真性质，有利于改进传输网络的性质。因此在信息产生，传递，接受过程中，必须认真分析处理好失真问题。各种非线性失真测试仪在电力、电子、通信领域中得到广
2、泛应用。常用的失真度检测仪器按测量原理大致可分为二大类:基波剔除法和频谱分析法。一般模拟式的测量仪采用基波剔除法，其缺点是需要提供未失真的基波信号而且其低频测量精度低。频谱分析法是用频率分析仪测量各次谐波的方法计算出波形失真度，但采用此种方法的仪器价格较昂贵。随着微型计算机、单片机尤其是数字处理芯片DSP的发展与应用，本文提出了一种基于DSP芯片的采用快速傅立叶变换(FFT)算法，计算出信号基波及各次谐波的电压有效值，从而根据失真度计算公式计算失真度的测量方法。论文首先介绍国内外传统失真度分析仪的测量方法及应用前景，然后对几种测量方案进行比较并选择较好方案，然后进一步阐述并分析该方案的硬件实现
3、和软件实现及其matlba仿真结果，接着对该方案的软硬件测量误差进行分析，最后是全文的总结。关键词：FFT； FPGA； 失真度AbstractIn the design and application of electronic engineering， both in open circuit and in closed circuit， signal is certainly affected by environment， the status of the transport network and the change of parameters of the component
4、applied. Then the characters of useful information will be changed more or less and the change is generally called as distortion， namely so-called signal distortion. Signal distortion includes three kinds of distortion: frequency，phase and waveform .The waveform distortion ic caused by the nonlinear
5、ity of the amplifier circuits it is often called as nonlinearity distortion. The nonlinearity distortion also include harmonic distortion and intermodulation distortion.We can test the charater of the transport newtok by detecting the nonlinear distortion and this is useufl to improve the character
6、of the newtork. In the generation，transport and reception of singal，we must careuflly analyze and handle distortion. Kinds of nonlinear distortion meters have been widely used in many fields such as electronies，electricity and communication，and so on.The distortion meters used in common generally be
7、 divide in tow kinds as the method of theory of test. They are the method of suppressed first frequency and the method of frequeney table analysis. Most of analog distortion meters apply the method of suppressed fisrt frequency. But the disadvantages are need to suppply the first frequency and the l
8、ower test precision of the low frequency.The method of analysis frequency table is using the meter of frequency table to test all kinds of frequency and then calculate the distortion of the wave. But the meter of analysis frequency tbale is more expensive.As the development of micro-computer and sin
9、glechip，especially the DSP chip ，The paper advance a method of measure the disotrtion of sine singal，which is using the DSP chip to carry out the FFT to get the magnitude of all kinds of frequency then using the formula calculate the distortion. The paper fisrt introduce the measure method of genera
10、lly diostrtion meter of internal and overseas and the application of the meter and secondly compare several measure mehtods，then choose the best method and expound how to carry out this measure method in hardware and sotfware. Using matlab emulate the method and show the result. At the last give the
11、 erro analysis of hardware and software during the measurement and the summarize. Keywords: FFT ；FPGA； distortion.目 录摘 要IVABSTRACTV第1章 绪 论11.1 本论文的背景和意义11.2 失真度测试仪介绍11.3 失真度测试仪的发展状况11.4 技术指标1第2章 软件工具介绍22.1 FPGA基本知识22.1.1 FPGA的基本结构简介22.1.1 FPGA的设计流程22.2 Quartus II基本知识22.2.1 Quaturs II的优点功能简介22.2.2 Qu
12、aturs II设计流程22.3现代DSP技术简介22.3.1现代DSP实现方案及设计流程概述22.3.2 基于FPGA的DSP设计22.4 Protel DXP 简介2第3章 方案设计23.1 提出方案13.2 方案选择13.3 系统整体设计思路13.4 A/D转换电路13.4.1 FPGA的基本结构简介23.4.2 FPGA的设计流程23.4.3 FPGA的基本结构简介23.5 FPGA软件部分设计13.5.1快速傅里叶变换（FFT）23.5.2利用FFT进行频谱分析23.5.3 FIFO存储单元在FFT算法中的应用23.5.4 FFT输入控制信号23.5.5基波幅值参数和各次谐波复制参数
13、的提取23.5.6失真度计算23.6 LCD显示电路设计13.6.1 HB240128M1A显示器的特色23.6.2 HB240128M1A显示器硬件接口23.7 整体电路设计13.8 本章小结1第4章 实物完成情况14.1 A/D板完成情况14.2 LCD完成情况14.3 整体电路板完成情况14.4 FPGA完成情况14.5 本章小结1第5章 失真度测量误差分析15.1 A/D测量误差15.2 运算过程中有限字长效应造成的误差15.3 混迭效应和频谱泄漏造成的误差15.4 基波测量误差15.5 本章小结1第6章 总结2第2章 软件工具介绍2结 论5致 谢6参考文献7附 录 1 标题8附 录
14、2 标题9 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第39页第1章 绪 论1.1 课题意义在电子工程的设计和应用中，信号无论在开路传输或闭环传输过程中都会受到环境、传输网络的工作状态和应用元件参数变化的影响，其或多或少的改变了原始信号的性质，这种变化就是所谓的信号畸变现象，通常叫做失真。失真度是无线电信号的一个重要参数。在无线电计量测试中，许多参数的准确测量都涉及失真度测量问题。例如：在检定电压表、功率表和交流数字式电压表时，为了减小不同检波式仪表的波形误差、提高检定的准确度，就必须减小信号源的失真。其次通过非线性失真测试还可以考察传输网络的失真性质，有利于改进传输网络的性质。因此在信息产生、传递、
15、接受过程中，必须认真分析处理好失真问题，并且在低频和超低频的标准波形的测试和计量中，在电力系统以及其他要求检测信号波形纯正性时，如振动信号、电力系统信号和工业控制中的激励信号和输出信号的波形纯正性的检测中，均需要检测波形的失真度。因此认真分析并处理好失真度问题是非常重要的。1.2 失真度测试仪介绍失真度表征一个信号偏离纯正弦信号的程度.失真度定义为信号中全部谐波分量的能量与基波能量之比的平方根值。如果负载与信号频率无关，则信号的失真度也可以定义为全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比并以百分数表示即式中：r为失真度；p为信号总功率；P1为基波信号功率；U1为基波电压的有效值；U1Un为谐波电压的有效值。 目前测量失真度的仪器根据测量原理大致可以分为两大类：基波剔除法和频谱分析法。一般模拟式的失真度测试仪都采用基波剔除法，此类失真度测试仪所能测量的最低频率为2Hz。但是此类失真度测量仪一般需要提供基波信号或未失真的信号，而且误差较大，尤其对低失真度的测量精度很低。第二类失真度测量方法为频
