一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h1>

了解信號抽樣的基本內(nèi)容，學(xué)習(xí)AD7606采集波形的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)外部信號的抽樣與恢復(fù)并在LCD上顯示結(jié)果。

二、實(shí)驗(yàn)原理

抽樣定理

抽樣定理，又稱采樣定理，香農(nóng)采樣定理，奈奎斯特采樣定理，只要采樣頻率大于或等于有效信號最高頻率的兩倍，采樣值就可以包含原始信號的所有信息，被采樣的信號就可以不失真地還原成原始信號。抽樣定理是通信理論中的一個(gè)重要定理，是模擬信號數(shù)字化的理論依據(jù)。時(shí)域采樣定理：

（1）頻帶為F的連續(xù)信號f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1)，f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...來表示,只要這些采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt≤F/2，便可根據(jù)各采樣值完全恢復(fù)原來的信號f(t)。

（2）當(dāng)時(shí)間信號函數(shù)f(t)的最高頻率分量為f_M時(shí)，f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于f_M/2的采樣值來確定，即采樣點(diǎn)的重復(fù)頻率f≥2f_M。

對連續(xù)時(shí)間正弦信號考慮下面的表達(dá)式：

可以按抽樣頻率f_s=1/T_s對x(t)抽樣來獲得離散時(shí)間信號：

如果不能滿足抽樣定理，抽樣后信號的頻率就會重疊，即高于采樣頻率一半的頻率成分將被重建成低于采樣頻率一半的信號。這種頻譜的重疊導(dǎo)致的失真稱為混疊，就不能恢復(fù)成原始信號。以下兩種措施可避免混疊的發(fā)生：

（1）提高采樣頻率，使之達(dá)到最高信號頻率的兩倍以上（本實(shí)驗(yàn)使用的方法）；

（2）引入低通濾波器或提高低通濾波器的參數(shù)；該低通濾波器通常稱為抗混疊濾波器，抗混疊濾波器可限制信號的帶寬，使之滿足采樣定理的條件。

外部輸入信號

本實(shí)驗(yàn)中，外部輸入信號的抽樣實(shí)現(xiàn)是通過實(shí)驗(yàn)板上的波形發(fā)生器AD9833輸出正弦波連續(xù)信號， AD7606 采集波形后得到對應(yīng)的離散信號數(shù)據(jù)，最后DSP對采集到的離散信號進(jìn)行處理，比如FFT運(yùn)算，最后LCD顯示。

AD9833特性

（1）AD9833是一款低功耗、可編程波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、三角波和方波輸出，輸出頻率和相位可通過軟件進(jìn)行編程，調(diào)整簡單。

（2）AD9833通過一個(gè)三線式串行接口寫入數(shù)據(jù)。該串行接口能夠以最高40MHz的時(shí)鐘速率工作，并且與DSP和微控制器標(biāo)準(zhǔn)兼容。

AD7606特性

（1）8 路16bit采樣通道。

（2）支持串行和并行讀取方式。

（3）支持全部通道 200K 采樣率并行采集和轉(zhuǎn)換。

（4）支持真正±10V 或±5V 的雙極性信號輸入。

AD7606上8個(gè)通道的數(shù)據(jù)是同時(shí)采集，輪流轉(zhuǎn)換的。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的處理過程如下：

（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接到啟動轉(zhuǎn)換信號后，按照排序器的設(shè)置，開始轉(zhuǎn)換第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)；

（2）經(jīng)過一個(gè)采樣時(shí)間的延遲后，將采樣結(jié)果放入轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器保存；

（3）按順序進(jìn)行下一個(gè)通道的轉(zhuǎn)換；

（4）如果為連續(xù)轉(zhuǎn)換方式則從新開始轉(zhuǎn)換過程；

（5）否則等待下一個(gè)啟動信號。

程序流程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中首先要進(jìn)行LCD初始化，例如外設(shè)使能配置、LCD管腳復(fù)用配置、中斷配置、顯示初始化等。然后初始化AD7606并啟動轉(zhuǎn)換，接著初始化AD9833并輸出正弦波信號，AD7606對信號進(jìn)行抽樣轉(zhuǎn)換，抽樣后將信號轉(zhuǎn)為復(fù)數(shù)模式，接著對抽樣信號進(jìn)行FFT變換，并在在LCD上顯示抽樣的結(jié)果。最后進(jìn)行觸摸檢測，控制AD采樣的暫停和啟動。

函數(shù)源碼

FFT運(yùn)算函數(shù)

使用 DSPLIB 的庫來進(jìn)行FFT運(yùn)算。使用時(shí)，直接包含“DSPF_sp_fftSPxSP.h”文件 即可。

API接口

void DSPF_sp_fftSPxSP(int N, float *ptr_x, float *ptr_w, float *ptr_y, unsigned char *brev, int n_min, int offset, int n_max);

程序使用 DSPLIB 的庫來進(jìn)行FFT運(yùn)算，調(diào)用的程序源碼和使用說明可以安裝DSPLIB后查看。調(diào)用的FFT函數(shù)中，第一個(gè)參數(shù)是樣本中 FFT 的長度，第二個(gè)參數(shù)是指向數(shù)據(jù)輸入的指針。第三個(gè)參數(shù)是指向復(fù)雜旋轉(zhuǎn)因子的指針。第四個(gè)參數(shù)是指向復(fù)雜輸出數(shù)據(jù)的指針。第五個(gè)參數(shù)是指向包含 64 個(gè)條目的位反轉(zhuǎn)表的指針。如果樣本的FFT長度可以表示為 4 的冪，第六個(gè)參數(shù)是4，否則 第六個(gè)參數(shù)是 2 。第七個(gè)參數(shù)是從主FFT開始的樣本中的子 FFT偏移索引 。 第八個(gè)參數(shù)是樣本中主FFT的大小。

FFT逆變換函數(shù)

使用 DSPLIB 的庫來進(jìn)行FFT逆變換。使用時(shí)，直接包含“DSPF_sp_ifftSPxSP.h”文件 即可。

API接口

void DSPF_sp_ifftSPxSP (int N, float *ptr_x, float *ptr_w, float *ptr_y,
unsigned char *brev, int n_min, int offset, int n_max);

程序使用 DSPLIB 的庫來進(jìn)行FFT逆變換，調(diào)用的程序源碼和使用說明可以安裝DSPLIB后查看。調(diào)用的IFFT函數(shù)中，第一個(gè)參數(shù)是樣本中 FFT 的長度。第二個(gè)參數(shù)是指向數(shù)據(jù)輸入的指針。第三個(gè)參數(shù)是指向復(fù)雜旋轉(zhuǎn)因子的指針。第四個(gè)參數(shù)是指向復(fù)雜輸出數(shù)據(jù)的指針。第五個(gè)參數(shù)是指向包含 64 個(gè)條目的位反轉(zhuǎn)表的指針 。如果樣本的FFT長度可以表示為 4 的冪，第六個(gè)參數(shù)是4，否則第六個(gè)參數(shù)是2 。第七個(gè)參數(shù)是從主FFT開始的復(fù)雜樣本中的子FFT偏移索引 。第八個(gè)參數(shù)是樣本中主FFT的大小。

三、操作現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：本實(shí)驗(yàn)使用的硬件接口為LCD，所需硬件為實(shí)驗(yàn)板、仿真器、公頭對公頭 SMA 連接線、LCD和電源。

硬件連接

（1）使用公頭對公頭SMA連接線連接波形發(fā)生器和ADC輸入的V1通道。

（2）連接仿真器和電腦的USB接口。

（3）將撥碼開關(guān)撥到DEBUG模式01111，連接實(shí)驗(yàn)箱電源，撥動電源開關(guān)上電。

軟件操作

導(dǎo)入工程，選擇Demo文件夾下的對應(yīng)工程

編譯工程，生成可執(zhí)行文件

將CCS連接實(shí)驗(yàn)箱并加載程序

程序加載完成后點(diǎn)擊運(yùn)行程序

運(yùn)行程序后，LCD會顯示抽樣的離散信號波形，上半幅圖為離散抽樣信號，橫坐標(biāo)X為時(shí)間，采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔為1ms。下半幅圖為離散抽樣信號的頻譜圖，頻譜近似等于AD9833產(chǎn)生的連續(xù)信號頻譜 100。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先點(diǎn)擊左上角的黃色按鈕暫停程序運(yùn)行，再點(diǎn)擊紅色按鈕退出CCS與實(shí)驗(yàn)板的連接，最后實(shí)驗(yàn)箱斷電即可。