基于DSP，如何設(shè)計(jì)一款光譜信息感知模塊？

基于DSP的光譜信息感知模塊設(shè)計(jì)將是下述內(nèi)容的主要介紹內(nèi)容，通過(guò)這篇文章，小編希望大家可以對(duì)設(shè)計(jì)的相關(guān)情況以及信息有所認(rèn)識(shí)和了解，詳細(xì)內(nèi)容如下。

一、DSP的工作原理

DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）的原理主要涉及接收模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化等處理，并在其他系統(tǒng)芯片中將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。DSP芯片的工作原理可以概括為以下幾個(gè)步驟：

1、信號(hào)采集：DSP首先接收外部輸入的模擬信號(hào)。

2、數(shù)字信號(hào)處理：DSP將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（0或1），然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，如濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。

3、輸出處理后的信號(hào)：DSP在其他系統(tǒng)芯片中將處理后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式，以便在音響、通信系統(tǒng)等中應(yīng)用。

DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，用來(lái)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。這種設(shè)計(jì)使得DSP在實(shí)時(shí)運(yùn)行速度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。

DSP的應(yīng)用廣泛，包括但不限于音響系統(tǒng)中的音場(chǎng)控制器、通信系統(tǒng)中的信號(hào)處理等。例如，在音響系統(tǒng)中，DSP芯片能夠通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行加工和優(yōu)化，提升音響的播放效果。此外，DSP還具有ANC（主動(dòng)式噪音控制）功能，通過(guò)高速運(yùn)算處理環(huán)境中的噪音信號(hào)，雖然目前完全消除噪音仍很困難，但可以將噪音降低到較低水平。

二、基于DSP的光譜信息感知模塊設(shè)計(jì)

以DSP為核心的光譜信息感知模塊產(chǎn)生激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)、采集光電探測(cè)器輸出信號(hào)并計(jì)算與濃度相關(guān)的二次諧波信號(hào)。

1、硬件設(shè)計(jì)

采用美國(guó)德州儀器的TMS320F2835為主控芯片，主頻150 MH2,含32位浮點(diǎn)處理單元、6個(gè)增強(qiáng)型捕獲(eCAP)模塊、3個(gè)32位定時(shí)器、3個(gè)串行通信接口(SC1)模塊。光潛信息感知模塊主要實(shí)現(xiàn)兩大功能: 一是產(chǎn)生激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制激光器的掃描波長(zhǎng)范圍:二是采集光電探測(cè)器輸出電信號(hào)，從中提取濃度信息并發(fā)送給嵌入式控制模塊，利用2片直接教字楊率合成(DDS)芯片(型號(hào)為AD9834)分別產(chǎn)生5H2的掃播信號(hào)和5KHz的調(diào)制信號(hào)。

通過(guò)放大電路將信號(hào)幅值放大到日標(biāo)范圍內(nèi)，再采用加法電路將2個(gè)信號(hào)疊加，最終形成激光器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采用比較器芯片(型號(hào)為L(zhǎng)N393)將掃描信號(hào)與直流電壓信號(hào)進(jìn)行比較，生成與掃描信號(hào)同領(lǐng)的方波信號(hào)來(lái)精準(zhǔn)地控制采集電路買(mǎi)樣的起始點(diǎn)，在采集電路中，首先對(duì)探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行弧放大與隔離外理，然后使用普通I/O口來(lái)模擬事行外圍設(shè)備接口(SP)以控制16位ADC(型號(hào)為AD7902)芯片并采售探測(cè)器的輸出信號(hào)。

2、光譜信息采集算法與流程

上電后，對(duì)DSP、各個(gè)芯片及接口進(jìn)行初始化，產(chǎn)生激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，允許eCAP模塊中斷以及定時(shí)器中斷，當(dāng)eCAP模塊捕獲到掃描信號(hào)同領(lǐng)方波的上升沿時(shí)，執(zhí)行eCAP模塊對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中。首先開(kāi)啟定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)再對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)采樣1次。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間決定了采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)大于12 00時(shí))，關(guān)閉定時(shí)器，算法開(kāi)始執(zhí)行標(biāo)志位為1，判斷算法執(zhí)行標(biāo)志位為1后，對(duì)采集到的吸收信號(hào)數(shù)組執(zhí)行正交鎖相放大算法，提取二次諧波信號(hào)，并找到諧波信號(hào)的峰值點(diǎn)，執(zhí)行滑動(dòng)平均算法，將數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送至嵌入式控制模塊中并進(jìn)行處理。最后，清除eCAP模塊中斷標(biāo)志位，算法開(kāi)始執(zhí)行標(biāo)志位為0，開(kāi)啟下一輪光譜信息采集過(guò)程。光譜信息提取算法的流程如下圖所示。

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