基于DSP和DDS技術的氣體濃度檢測系統
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引 言
ADSP-BF531處理器是ADI公司Blackfin系列產品的成員，專為滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和低功耗條件而設計的新型16位嵌入式處理器。它基于由ADI和Intel公司聯合開發的微信號架構(Micro Signal Architecture，MSA)，將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。ADSP-BF531處理器具有以下主要特點：最大頻率為600 MHz，1200 MMACs；每一個內核中帶有2個16位的乘法器，2個40位的累加器，2個40位的邏輯運算單元，4個位的視頻運算單元和1個40位的移位器，在一個指令周期內可完成2個16位數的乘法，2個40位數的算術邏輯運算，4個位的視頻數據算術邏輯運算，1個40位的移位運算；低功耗采用1．12 V的內核電壓和3．3 V的I／O電壓，片內集成調壓器，并且具備動態電源管理；高達148 KB的片內存儲器；豐富的外設接口，支持與SDRAM，SRAM，FLASH和ROM的無縫連接；片上JTAG仿真接口。
提出一種基于ADSP-BF531為核心，集DDS和A／D采樣芯片于一體的氣體濃度檢測系統。該系統針對結構性微氣體傳感器，充分利用了DDS信號源頻率、相位穩定可控的特點和DSP芯片強大的控制能力和高速的數據處理能力，具有硬件簡單，成本低，可靠性高，通用性好等優點。
1 自相關檢測原理
設被測信號x(k)由有用信號s(k)和噪聲u(k)組成：
x(k)=s(k)+u(k)
x(k)的自相關函數為：
式中：Rs(m)為s(k)的自相關函數；Rsu(m)為s(k)與u(k)的互相關函數；Rus(m)為u(k)與s(k)的互相關函數；Ru(m)為u(k)的自相關函數。由于在電路系統中主要為白噪聲，有Rsu(m)=Rus(m)=0，隨著m的增大，
根據維納一辛欽定理，功率信號的自相關函數與其功率譜密度函數具有傅里葉變換關系，所以可以用FFT計算自相關函數。但是，實際采樣值只有N+1點，所以求出的Rx(m)只能是自相關函數的估計值。當用FFT計算自相關函數時，x(k)必須補N個零，使長度變成2N+1，因此功率譜密度為：
對上式進行IFFT就可以得到Rs(m)。
2 系統硬件設計
氣體濃度檢測系統硬件框圖如圖1所示。主要包括傳感器激勵信號的發生、傳感器位置的選取，信號采集以及外部存儲器的設計四個部分。其核心是ADSP-BF531芯片，它負責整個系統事務協調以及算法功能實現。系統工作過程中，DSP芯片通過設定 SPI控制器，控制DDS芯片AD9850產生一個特定的穩幅的超聲頻的正弦信號。這個信號通過放大器和多路開關后，施加在指定的傳感器驅動電極上，并驅動傳感器發生同頻振動。傳感器輸出信號經由前置放大器放大到適當的程度，再經過高精度的A／D芯片AD9235采樣后將轉換結果送到DSP進行相關運算，計算出振動幅度。
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