DSP技术在声强测试系统中的应用

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    随着“绿色设计”的兴起和人们环境保护意识的增强,噪声控制已成为现代工业发展的一项重大任务。而低噪声产品设计在很大程度上依赖于声强测量。通过测量分析,可以了解产生振动和噪声的原因,从而找到降低噪声的有效途径。

    过去的声强测试系统中,一般基于单片机技术,数据处理能力差、可扩展空间小,只能实现时域分析。近年来,随着信息处理技术的飞速发展,数字信号处理器(DSP)在电子信息、仪器仪表等高科技领域得到了广泛应用。它具备特有的哈佛结构、多级流水线、硬件乘法器等特征,运算速度很快。如果用它构建声强测试系统,可实现实时频谱分析,提高测试精度。

    MAX125是内部集成采样保持电路和多路选通电路的A/D转换器芯片,最多能实现4个通道的模拟信号同步采样,非常适合在多通道声强数据采集和测试系统中应用。

    1　声强测试系统中的A/D模块

    在声强测试系统中,噪声信号的频率为20 Hz～20 kHz,且要求系统进行高精度多通道并行采样。为此选择MAXIM公司的高速2×4通道同步采样14位逐次比较型A/D转换器芯片MAX125,该芯片内部集成采样保持电路,在4通道工作模式下最高可以支持76 kHz的高速采样。所以即使在4通道同时采样的情况下,该芯片也可以满足声强数据采集的要求。同时,模拟电路十分简单,抗干扰能力强、精度也高。

    如表1所示,MAX125有8种通道转换方式,并通过A0～A3引脚编程实现。上电时,芯片自动选择CH1A作为转换通道。用户可编程选择CH1A～CH4A或CH1B～CH4B这两组中的任何4个通道。

    图1是对芯片进行通道模式写操作的时序图。从图1中可以看到,片选A/D转换器芯片后,可以将采样模式直接写入。在WR上升沿时,锁定写入数据,A/D转换器则会相应地改变工作模式。

    图2为MAX125的读取转换数据时序图。

　　MAX125将转换结果存储在片内的4×14位RAM中。当A/D转换完毕后,在INT端会产生低电平,采样/保持器重新处于采样状态,跟踪模拟输入的变化,此后可用CS和RD配合依次读取转换结果。第1个有效读信号RD到来后,INT信号变成高电平。因为MAX125芯片内部RAM不是随机存储器,转换数据的读取只能从CH1开始“依次读取”,各通道数据读取完毕后,地址指针重新回到CH1。

    2　声强测试系统中的DSP

    声强测试系统要进行实时信号分析,应有较高的运算速度,同时信号处理也需要较大的缓存空间。在各种算法中,FFT是基础,占用时间也最多,所以我们可用FFT验证DSP速度是否符合要求。在FFT中,N点复数进行FFT约需2Nlog(2N)次实数乘法运算和3Nlog(2N)次实时加法运算。如果选择TI公司的16位定点DSP芯片TMS320VC5409(简称VC5409),它的乘法和加法都是单周期指令,取N=1 024,不计内存访问和其他时间,则一次FFT所需时间为:10×5120×10 ns约0.512 ms。按4通道76×103次采样/s的采样频率计算,1 024点的采样时间约为3.333 ms,可见该DSP速度足以满足要求。所以本系统选用VC5409,该芯片内具有(32×16) B的内部RAM,这对提高声强测试系统的整体性能有很大的帮助。