信号失真度测量仪

1.前言

实现了基于msp432的失真度测量，拿到了国家一等奖。

2.个人介绍

两位是2019级通信工程专业
另一位是2020级电子信息工程专业

3.项目分析

设计制作信号失真度测量装置，对来自函数/任意波形发生器的周期信号。

1.系统介绍 本系统由MSP432 MCU控制。主函数流程图如下图8所示，在其主函数内，先进行放大电路的选择，然后开始片内ADC采集。采集完成后进行FFT计算和频谱校正，并计算出基波和谐波的数据，最后通过串口交给手机和串口屏幕显示

2.系统·流程图

4.原理图电路分析

1.跟随器电路图


2.AD637有效值模块
来源：淘宝购买

同相比例放大器（可调增益）
来源：自制

主控芯片MSP432
来源：TI官网申请

跟随器模块实物图
来源：自制

连接关系：信号流入分两路，一路通过跟随器后送入AD637进行有效值检测，另一路通过放大器，加法器后送入主控芯片msp432的adc中，再通过串口控制串口屏进行波形显示。

6.误差分析

在系统中，误差主要来源有三个方面：

1）在系统ADC采集前端，使用了运算放大器进行一些信号放大、变换，存在着放大器通频带平坦度特性、噪声和谐波失真等特性会产生误差。

2）ADC采样中，要求满足奈奎斯特采样定理，即采样频率大于模拟信号最高频率的两倍，以减少或者消除混叠效应。

3）单片机中使用FFT算法同样有误差的存在。对信号进行采样计算，需要无限长序列，计算出无限长的频谱。而实际中，只能采集部分的波形序列进行计算，这样会造成频谱泄露效应，出现误差；离散FFT变换中，由于时域的离散，频域也是离散的，这样会造成栏栅效应，在离散点以外的频率点无法测出。

针对以上的误差，解决的方法如下：

1）通过使用高精度、低噪声的运算放大芯片构建放大电路；电源输入端跨接电容，滤除电网带来的高频杂波脉冲会减小杂波电子电路的干扰。

2）尽量满足采样定理，同时适当使用高分辨率的ADC。

3）对应频率泄露，可以加入对应的窗函数，如Blackman窗函数；对应栏栅效应，可以适当提高频率分辨率，进行补零等操作。同时尽量保证需要的频率分量是频率分辨率的整数倍。

7.总结

经过四天三夜的电赛，我最大的感受就是要坚持到最后一刻，哪怕只有几个小时没完成作品，也不要放弃调通作品的希望。

我们选择的题目更偏向于软件，碰巧的是，我电赛之前自己打的一些模块正好可以用上，在电赛之前我也花了比较长的时间研究布局布线的稳定性问题，给比赛做好了硬件上的基础。

因为所选的题目对写代码的同学的挑战很大，任务量也很多，相比较而言，做硬件的同学显得比较悠闲，但我们相互配合，也并没有划水，都在和软件同学一起调代码，最后也调通了很多外设。

至于比赛期间的睡眠问题，我们为了有清醒的代码思路前两天都没熬夜，正常作息。我觉得对于软件上的困难，最不能做到就是熬夜肝代码，如果碰巧调通了还好，如果没调通，不但会影响到接下来的代码思路，更加会影响到信心。

至于选题问题，因为知识的限制，留给我们的只有A题和H题（用电器分析），A题所用到的单片机，我们之前并没有接触过，但思路明确，且对信号的处理方式我们很熟悉，难度就在调代码。而至于H题，平常的训练很少涉及这部分，综合考虑我们选择了A题，也就意味着，我们需要在四天三夜的时间内快速上手这款单片机，综合考虑我们还是准备现场学习这块单片机，于是选了A题。

此外我觉得这次题目能完成所有要求，还离不开一个好的代码思路，在最后一天晚上，因为采样率不好自动确定的原因，恰好看到板子上有两个按键，我就提议刚开始用两个按键对应不同的采样率，因为之前寒假做题的时候在按键这部分纠结了很久，我也很快就把这部分代码给软件同学补齐，最后便成功调通了代码。

最后，还需要感谢各位学长给予我们的指导，以及队友们的坚持，才让我们拿到了这个奖项

8.演示视频

https://b23.tv/tHL3gzn

9.软件部分说明

工程已全部上传到附件
现对部分关键代码进行说明

int Key_pres=0;
//通过按键切换量程
while(1)
	{	
		while(Key_pres==0)
		{
			Key_pres=KEY_Scan(0);
		}
		if(Key_pres==1)
		{	
			//采样率500K
				ADC_Single_Init_500K();
				printf("500Krn");
				BEEP_ON;
				delay_ms(60);
				BEEP_OFF;
			}
			//采样率1M
			if(Key_pres==2)
			{
				ADC_Single_Init_1M();
				printf("1Mrn");
				BEEP_ON;
				delay_ms(60);
				BEEP_OFF;
			}
/************              串口屏显示              ***************/
                                        sprintf((char *)send, "t0.txt="ʧÕæ¶È£º%.3f %c"xffxffxff", THD, '%');
					USARTA2_SendString(send);
					sprintf((char *)send, "t1.txt="2´Î¹éÒ»»¯£º%.3f"xffxffxff", (UO2/UO1));
					USARTA2_SendString(send);
					sprintf((char *)send, "t2.txt="3´Î¹éÒ»»¯£º%.3f"xffxffxff", (UO3/UO1));
					USARTA2_SendString(send);
					sprintf((char *)send, "t3.txt="4´Î¹éÒ»»¯£º%.3f"xffxffxff", (UO4/UO1));
					USARTA2_SendString(send);
					sprintf((char *)send, "t4.txt="5´Î¹éÒ»»¯£º%.3f"xffxffxff", (UO5/UO1));
					USARTA2_SendString(send);
					
					sprintf((char *)send, "cle 1,0xffxffxff");
					USARTA2_SendString(send);

					flag_period = 1024 / FFT_MAX;
					for(i=0; i<br />