基于DSP技术的多功能电子测量仪的设计与实现
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本文针对这些问题，介绍应用DSP技术和虚拟仪器技术，设计研制多功能的电子测量仪的主要技术。
1 基本原理
电子测量一般主要测量电压、电流、频率、相位等基本参量，同时将这些参量进行分析和处理，以数据图表或图形的方式显示出来。测最仪器一般可由测量信号采集、测量信号处理、测量数据分析、人机交互、显示等几个部分构成。其基本结构如图1所示。
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测量信号采集部分主要采集电压或电流信号；测量信号处理部分主要完成信号的滤波、比对、转换等工作；分析部分主要完成信号处理后的分析工作；人机交互部分主要完成需求的设置、量程的调整等工作；显示部分将测量和分析结果以数据、图形等形式显示出来。 近年来由于DSP技术的飞速发展和虚拟仪器技术的广泛应用，促使电子测量仪表技术得到快速的发展。高速A／D技术和DSP技术的应用简化了测量信号的采集电路、处理电路；虚拟仪器技术的应用简化了对测量数据的计算和分析，使人机交互变得灵活和容易。
1.1 耦合
耦合电路主要完成被测信号的输入。一般，被测信号不能够直接进行A／D转换，必须将信号变换到A／D的范同内。耦合后，输入信号为：
其中：k为压缩因子，k≥1时，对被测信号线性放大，k≤1时，对被测信号线性缩小。f(t)为变换时产生非线性畸变和噪声，应在软件计算时削弱。 1.2 A／D及D／A电路
A／D电路是将经耦合电路变换的被测信号离散化。
变换后的信号为：
其中，n∈Z，Ts=1／fs，fs为A／D抽样频率。式(2)可表示为：
通过DSP软件处理，削弱式(3)中f(n)δ(t-nTs)。 D／A电路的作用主要产生一个校验信号。DSP产生的数字校验信号，经过D／A电路变换成模拟校验信号，对系统进行校验。通过校验调整，量程和产生削弱参数。
1.3 数字信号处理DSP电路
数字信号处理DSP电路是整个系统的核心，通过DSP系统，对输入的被测信号进行滤波处理、谱分析。滤波器采用FIR滤波器，采用雷米兹(Remez)算法，谱分析算法采用Gabor变换方法，窗函数采用高斯窗函数。处理后的数据放在专门开辟的数据缓冲区内，供显示部分和计算机访问。
校验数字信号由DSP部分产生，校验数字信号可通过键盘部分或计算机设置，可设置为正弦波、方波、脉冲、随机信号。
1.4 键盘及显示
考虑到测量仪器可能不和计算机配合使用，而是单独使用，将键盘和显示设计到系统中。
键盘和显示是人机交互的界面。通过键盘可设置、调整测量仪器的参数。显示部分显示参数的设置和测量数据，测量曲线。
1.5 计算机
DSP通过接口和计算机互连，计算机通过虚拟仪器软件访问、操作测量仪系统。
计算机访问DSP处理的数据，将这些数据进一步处理后，以图形或数据的形式显示在计算机界面上，或存人数据库。
2 硬件设计
根据图1的基本原理，以总线式设计整个硬件电路。信号采样电路，通过数据、控制、选通、状态信号总线和DSP核心电路连接。其硬件结构如图2所示。
2.1 A／D及D／A总线
为了能使硬件系统具有可扩展性和具有一定的开放性，对A／D信号采样部分和D／A模拟信号输出部分采用总线方式设计。主要包括数据总线、控制总线、选通总线和状态总线。
(1) 数据总线
数据总线主要是A／D和D／A电路数据的输入输出总线。在控制总线、选通总线的控制下，A／D电路将采样后的数字信号输入到DSP中。同样，通过数据总线将校验数字信号输出到D／A电路中。
(2) 控制总线
控制总线主要控制A／D和D／A的工作。对于每个A／D或D／A电路，只有在控制信号有效的情况下，该电路才能工作。控制总线需要和选通信号有效的情况下，控制才有效。
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(3) 选通总线
选通总线主要配合控制总线使某个A／D或D／A电路工作。选通总线通过A／D或D／A电路上的译码电路产生的选通信号触发电路工作。
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