下面是小编帮大家整理的虚拟声学信号采集系统设计论文，本文共11篇，希望对大家带来帮助，欢迎大家分享。
篇1：虚拟声学信号采集系统设计论文
1.1系统前面板的设计
虚拟仪器的前面板设计是否合理对虚拟仪器的使用效果有着重要的影响，它直接面向使用者，使用者对其分布的合理程度也有着很高的要求。
1.2系统的程序框图设计
对各个的功能模块进行分割编写，采用模块式的编写方式逐个进行分割，然后将分割编写的模块整理集合以构成一个新的系统控制程序。程序模块主要包括三个模块，第一种是实时信号采集模块；第二种是信号处理分析模块；第三种是仿真信号模块。这三种模块对系统都有着很重要的影响，它们以不同的角色为系统提供服务，满足用户的需求，产生令用户满意的信号。另外，对这三种模块的编写整合构成新的程序框图。
1.2.1实时信号采集模块实时信号采集模式可以通过对信号的有效分析处理对所采集的数据进行系统的分析，并且实时信号采集模式可以根据用户所设置的声音格式从声卡中得到相关数据，然后对数据进行保存。这种模块在开始采集数据前要注意，参数的设置要根据实际的情况和参数设置好以后将信号选择的按钮调制实时信号档上。开始设置各个快捷按钮，如停止按钮、退出按钮、对信号的采集保存等按钮。
1.2.2信号处理分析模块设置完成应用信号处理分析模块一般是对数据进行时域分析以及频域分析。其中时域分析可分为对参数的测量、对谐波失真分析、最后是自相关分析。在对信号进行分析处理的过程中，如果单单只对信号进行频域分析，信号所具有的全部特征并不能完全的显示出来，也就是时域分析有时候不能完全满足对信号的分析，这就需要对信号进行频域分析，以更加全面完整的分析出信号所具有的全部性质。在LabVIEW中，如果要对信号进行频域分析，就要以FFT为分析的基础，才能进行具体分析。
1.2.3仿真信号模块的完成应用仿真信号模块的作用我们不可忽视，生活中并不是所有的信号都能用实际的仪器产生，当无法获得实际的信号时，可以用仿真信号作为任意频率的信号，也可以用仿真信号作为标准的信号源，对其产生的信号做信号的检测系统。这种仿真信号模块包含波形显示以及噪声的添加等功能。仿真信号可以产生一些日常生活中我们常见的信号，如正弦波、方波以及三角波等。并且用户可以很据自身的需要对信号的频率、幅值、以及采样频率进行调节，从而产生用户所需要的信号。
2研究应用
整流电路中应用虚拟声学采集分析系统研究采集系统的采集性能。在整流电路中应用虚拟采集分析系统时，应该注意采样的频率要保持20Hz~20kHz之间，如果想得到更加完整较好的波形，就可以将频率控制在100Hz~15kHz之间。在整流点路中要进行对正弦先好进行整流的过程中，可应用二极管半波整流电路对其进行整流。输出信号以后接入虚拟信号采集分析系统，可以得到一些波形。事实证明，虚拟仪器的信号采集分析系统的'采集性能可以达到人们所需要的理想信号。实践证明，虚拟仪器信号采集分析系统已经被广泛的应用在噪声监测、信号分析以及实验教学当中。
3结语
当前，虚拟仪器已经被广泛的应用到对各种信号的采集分析，作用不容小视。虚拟仪器与传统仪器相比，优点远远比传统仪器多的多。例如，与传统仪器相比，虚拟仪器的智能化程度远比传统仪器的高，处理能力比传统仪器的处理能力强；虚拟仪器的系统费用要比传统仪器的系统费用低，并且虚拟仪器的复用性较强；从可操作性能上看，虚拟仪器的可操作性比传统仪器的可操作性强。文中还对虚拟声学信号采集系统做了研究，主要研究了系统前面板的设计和程序框图设计，程序框图设计中，对三种模块进行编写，最后组合成一个完整的新的程序框图。随着科技的不断发展进步，虚拟仪器在各个领域会有更大的影响。
篇2：多线程的光陀螺信号采集系统设计
多线程的光陀螺信号采集系统设计
为满足导弹对光陀螺信号实时性的要求,设计并实现了光纤陀螺的信号实时采集,并进行实时数据的动态显示与处理.采用C++Builder5.0平台来设计光纤陀螺信号采集部分.陀螺信号的采集通过计算机的串口传输.该光纤陀螺的输出为RS232格式,通过调用Windows API函数实现RS232串口通信程序,并采用了多线程的技术来增强实时性和自动接收信号的能力.通讯速率38.4 kB,通讯期间可以完成数据处理,并且基本没有丢数现象;完成了数据包的解算;实现了线程间的数据共享与数据的`实时处理.基于C++Builder5.0和Windows系统的多线程串行通信可以实现实时数据的采集,同时可以在另一个线程中进行数据的实时处理.数据接收稳定可靠,取得了良好的效果.
作 者：王新国 郭锁利 李爱华 许化龙 WANG Xin-guo GUO Suo-li LI Ai-hua XU Hua-long 作者单位：第二炮兵工程学院,陕西,西安,710025 刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 12(5) 分类号：V241.5 TN911.7 关键词：多线程 API函数 串行通信 光纤陀螺篇3：扩场系统音质声学设计论文
星海音乐厅是以人民音乐家冼星海的名字命名的。音乐厅建于珠江之畔风光旖旎的二沙岛上。它与已建成的美术馆和正在建设中的博物馆等建筑构成广东省相当规模的文化中心。
星海音乐厅包括1437座的交响乐大厅，462座的室内乐厅，96座的视听音乐欣赏室，排练室，琴房和音乐资料馆，以及水上演奏台和音乐喷泉、各种配套用房。建筑面积1800m2，是我国目前规模最大、设备先进和音质优异的现代化音乐厅。也是我国第一座采用“葡萄园”形（或称山谷梯田形）配置方式的音乐厅。
星海音乐厅交响乐厅、室内乐厅的各项声学设计指标*
星海音乐厅于6月13日――冼星海诞生日正式使用。广州交响乐团和中国交响乐团合唱团进行首场演出。演奏了钢琴协奏曲《黄河》和贝多芬第九交响曲《欢乐颂》，获得成功，著名音乐家、指挥家和教育家李德伦、吴祖强出席了首演式。相继一周内，中国交响乐团，以色列交响乐团，澳大利亚交响乐团和德国管风琴演奏家，在该厅献艺。音乐家们对大厅良好的音质均给予高度的评价。
一、星海音乐厅的设计宗旨和各项声学指标
星海音乐厅这座华丽的艺术殿堂是为满足广大观众欣赏高雅音乐的殷切的需求、并作为国内外文化交流的基地和窗口而建造的。音乐厅设计始终把音质效果放在首位，以继承传统音乐厅的良好品质、而又能适应现代生活提出的各种需求为设计的宗旨。
声学设计指标是根据国际上获得“顶级”音质效果的音乐厅为参照对象，广泛听取我国音乐家和声学家的意见确定的。交响乐厅、室内乐厅的各项“最佳”。
为实现上述指标、确保获得良好的音质，分别在设计、施工、竣工后调试的不同阶段，采取了一系列的保证措施：
·初步设计阶段：通过计算机模型和1／40缩尺实体声学模型试验与声学估算相结合，分析体形、了解声场状况和可能出现音质缺陷的部位；
·技术设计和施工图阶段：用1／10缩尺实体声学模型试验和围护结构的隔声量试验，以及各种声学构件声学性能的实验室测定，确定声学构造的部位、尺度和装修用材。并进行较为详细的声学计算；
·施工阶段：在没有专业施工队的条件下，主要是施工交底和监理，检查隐蔽工程，并在交响乐大厅主体结构完成后，进行首次混响和声场分布的现场测定；
·竣工调试阶段：用以解决声学计算、缩尺模型试验与实际效果存在的差距。要修正客观存在的偏差，就必须采用声学测定与乐团试用的主观感受相结合的方法。作多次调试、修改装修、直至达到预期的效果。星海音乐厅通过三个月的调试工作，才实现所要求的演奏和听闻效果。
二、交响乐大厅的声学设计
交响乐大厅是星海音乐厅的主体。容纳1437名听众，有效容积效期2400m3，每座占容积8。6m3。大厅采用“葡萄园”形的配置方式，即在演奏台四周逐渐升起的部位设置听众席。这种形式的最大优点是在大容量厅堂内缩短后排听众至演奏台的距离，从而确保在自然声演奏的条件下，有足够强的响度。此外，利用演奏台四周厢座的栏板和楼座的矮墙，可使听众席获得足够强、且有较大覆盖面的早期侧向反射声。近期的研究表明，这是传统音乐厅所以能获得良好音质的重要原因。而传统音乐厅则是通过窄跨度的侧墙实现的。因此，这种形式不仅继承了传统音乐厅所具有的良好品质，又能适应现代大容量音乐厅的各种需求。它自1963年德国柏林“爱乐”交响乐大厅首创至今，在国际上已被广泛采用。但在国内尚属首次。
大厅的屋盖选用“马鞍”形壳体。所有横剖面均为凹弧形面而引起声聚焦，从而造成声场不均。通过1／40缩尺实体模型试验和三维计算机模型试验充分证实了这一点。图2即为大厅横剖面计算机模型显示的声反射图，可见声聚焦的状况。
此外，在大厅壳体拆模后的现场测定均表明，顶部不悬吊抽射板时，厅内声场分布不均和存在回声现象。
对此，在演奏台上悬吊了12个弦长3.2m，曲率半径为2.6m的球切面反射体，其目的除了消除回声和声聚焦以外，还可加强乐师间的相互听站，提高演奏的整体性。同时也使堂座前区和厢座听众获得较强的顶部早期反射声。
为加强听众席后座的声强，在球切面反射体周围设置了锥状和弧形定向反射板。以此获得厅内均匀的声场分布。
为使大厅达到中频（500z）满场1。8s的混响时间，并使低频（125Hz）混响提升1。15倍（相对于中频），即2。07s。采取如下几项措施：
·增大容积，每座容积取8。6e
·厅内所有界面均不用吸声材料，在容易引起不利声反射的部位（后墙和后部吊顶）设置锥状扩散体；壳顶拆模后上刷涂料；墙面为35mm厚硬木板实贴在18mm厚的多层板上；地面均为实贴木地板，仅演奏台设木筋架空地板；所有悬吊的反射体采用刚度大的阻燃玻璃钢结构。
·减低座椅的声吸收，并使其吸声时接近听众的吸声量，从而减少厅内空、满场混响时间的差值。
根据以上确定的容积和内装修构造，进行了混响时间的计算和1／10缩尺实体声学模型试验，其结果见图7所示。由图可见，缩尺模型的测定结果仅中频较为接近，其它频率偏差较大，这是因为模拟材料不可能在很宽的.频度范围内有一对一应的吸场性能。
大厅的扬扩散是除混响时间以外的另一个重要音质指标。当听众感到乐声似乎以相等的幅度来四面八方时，扩散是最好的，表征声扩散的指标是d，它定义为；厅内声场扩散值与自由场扩散值之比，即
d=1－m/m(1)
式中m－为厅内声场的扩散值；
m0－为在自由声场的扩散值；
m－△M（声强的平均差值）／M（各方位角的平均声强）；
m0－的求同m，只是在自由声场中。
交响乐大厅的声扩散是通过多边的形体、差落的包厢和楼座栏板，以及顶部悬吊的反射体实现的。缩尺模型试验测定的结果表明，大厅具有良好的声扩散，d值均大于0.85，最大达0。93。
对于音乐厅来说，厅内希望获得良好的声扩散，但又不要求完全扩散（即d＝1），因为听众在要求乐场来自各方的同时，还希望有一定的方向感，即乐声来自演奏台。
传统音乐厅所以能获得良好的音质，除了有最佳的混响时间和良好的声扩散以外，早期侧向反射声起着重要的作用，它加强了直达声的强度和提高了亲切感。因此近年所建音乐厅无不考虑早期侧向反射的设计，星海交响乐厅是通过侧墙、厢座栏板、楼座矮墙对所覆盖的听众席提供早期侧向反射的；此外，壳顶下悬吊的反射体也给听众席提供顶部的早期反射声。
早期反射声的状况，可以通过脉冲声测定获得测点的反射声序列，并能计算求得声能密度，为了便于定量比较。目前常用早期声能与后期声能之比的C值作为评价指标。时间的分界为80ms（以音乐丰满为主的厅堂）和50ms（以清晰为主的厅堂）.
声能比C80，C50又称明晰度，这是一项与早期声能相关的指标。L．L．Beranek建议以500Hz,1000Hz和Hz,C80的平均值C80（3）作为评价音乐厅指标，其最佳值为0~－4．0。
交响乐大厅的噪声控制，主要解决单层壳顶的隔声和空调系统的消声和减振两方面：
交响乐大厅的墙体均为内隔重墙，只有壳顶暴露在室外，单层230mm厚的钢筋混凝土壳体，具有足够的空气隔声量（基地噪声为67~71dBLeq(A)）。但大雨冲击的撞击隔声量却很低，对此做了隔离撞击声的构造，并在实验室内做了测定，其结果表明。实施的构造可以隔离大雨时的冲击声。
空调系统的消和减振，是大厅获得良好的听闻条件的最基本的保证，开启空调时内噪声不得大于28dBA，也即以听不到的空调噪声为设计指标。对此，采取了如下措施：
（1）在空调系统的管路系统内设置阻、抗复合型消场器，减低风机噪声沿管路传至厅内；
（2）防止气流噪声，限止流速：主风道低于6m/s，支风道低于3。5m/s。出风口低于1。5m/s。为实现这一目标，采用侧送、局部顶送（演奏台上方球切面，反射体间），座席地面下回风的方式。
（3）送风与回风量相适应，也即采用1：1的送回风比例。
（4）全部空调、制冷设备均作隔振处理，水泵、冷水机组采用SD型橡胶隔振装置；风机采用弹簧隔振器；管道用软接管，并用弹簧吊架。
有关其它的工程设备和需要隔声的构件，均采用常规的做法处理。
三、交响乐大厅的声学测量和音质调试
在交响乐即将竣工的前后，曾对所有各项声学指标进行了测量，并在竣工后的试用阶段，听取了乐团的意见进行了音质调试。
（一）声学测量
声学测量的内容包括响度、混响时间、早期反射声、声扩散、声场分布、频率响应和噪声第七项。明晰度（声能比）C80和低音比BR（温暖感）是分别根据脉冲响应和混响时间测定的结果计算求得。现将混响时间和早期反射声的测定结果分述如下：
（1）混响时间（RT）：
混响时间菜测定了四次，测定频率为63Hz~8000Hz八个倍频程的中心频率。其结果是中频（50Hz）满场为1.82s，空场为2.19s。
（2）早期反射声测定：
早期反射声测定是在演奏台上配置脉冲声源。在大厅的七个区内，选择有代表性的座席测定其反射声序列。时标为100ms，由图内可观察早期反射声的状况、反射声的时延间隙（t1）和计算求得明晰度C80和C50。在演奏台上声源取2个位置，S1和S2，在厅内各区分别测定27个点。计54幅图。为压缩篇幅。在图9内列出S1和S2各7个测点结果。由反射声列图见，时延间隙（t1）为3~7ms。
由早期反射声测定结果，可用式（2）求得500Hz,1000Hz和2000Hz三个频率的C80值，然后取其平均值。即C80（3）的值。交响大厅七个区的明晰度C80（3）求得C50（3）见图10所示。C80（3）的平均值－1．43。
通过声学指标的测定结果表明：交响乐大厅的声学设计达到了预期的指标。
（二）音质调试
声学设计的最终目的是为乐师和听众创造优异的演奏和听闻环境。各项声学参数虽然达到了国际上“顶有”音乐厅的指标，但是能否获得同等的主观评价呢？对此，，由广州交响乐团进行多次配合演出，召开座谈会，听取各方面的意见，经归纳有如下几点：
·普通反映混响时间长，因而层次不够，清晰度差；
·弦乐器部位（小提琴、中音提琴区）缺乏反射声，得不到演奏台侧墙的支持；
·打击乐和钢管乐声级过高，相应地弦乐声较低，影响乐声的平衡。
根据上述意见，采取了如下的改善措施：
（1）在演奏台上方的球切面反射上，配置人工翻动的锥状可调吸声结构，使大厅混响时间可在1.66~1.82s之间调节，适应习惯于较短混响条件下演奏的国内乐团，满足层次和清晰度的要求。可调吸声构造见图11所示，图12为实测可调混响幅度。
（2）在演奏台两侧凹进的演员入口处，设置凸弧形活动声屏障，增加提琴区的侧向反射声，改善乐师的自我感觉。
（3）在演奏台和合唱队的两个后墙上，按原设计配置锥关扩散体，并在两个锥面上插入可调吸声板，（一面为七合板，另一面为6mm厚阻燃毯），用以加强演奏台的声扩散，以及必要时降低打击乐和铜管乐的声级，求得乐声的平衡和融合。
（4）在堂座走道和演奏台两侧楼梯上设地毯夹，以便在必要时，铺设地毯，进一步降低混响至1.5s。
四、室内乐厅的声学设计
星海音乐厅室内乐厅是以室内乐演奏为主，兼供戏剧演出、会议和立体声电影所用的多功能厅。容纳462名听众，有效容积3400m3，每座占容积分7。4m。大厅采用不对称的扇表平面，右侧设在厢座，左侧二层有挑廊，大厅后部设有三排座席的小楼座，大厅的平、剖面见图13所示。图16为大厅内景。
大厅的不规则形体有助于厅内的声扩散，池座有左侧墙和厢座矮墙提供早期侧向反射声、厢座和楼座主要由吊顶供给早期反射声。
为满足多功能使用的要求，同时使每种功能都有“最佳”的混响时间，故采用计算机调控的可调混响装置。可调的上限值取1.3s，供室内乐演奏使用；下限值是根据立体声电影的要求，确定为0.8s，故可调幅度为0.5s(0.8~1.3s)。并要求125Hz~400Hz的频率范围内均有接近相同的调辐量。
为了使用人员便于操作，把可调幅度设定为五个档次，即1.3s,1.2s,1.1s,1.0s,和0.8s.，根据选定的方式用计算机在15s内（圆柱体旋转3600需30s）即可调至要求的混响时间。也可以无级调至幅值范围内的任何一个值。
可调吸声结构采用旋转圆住体和平移的帘幕相结合的形式：圆柱体直径为800mm，一半为反射面，另一半为宽频带吸声面，配置左侧墙的上、下部位和后墙上，共设29个转体，（侧墙14个，后墙15个）；可调帘幕分三道，配置在厢座侧墙木格栅内，共计可调面积为大厅总表面积的十分之一。
室内乐厅内除了可调吸声结构以外，其余的墙面均为25mm厚的木板墙，榉木三合板贴面；木地板；吊顶为轻钢龙骨石膏板刷涂料；座椅采用相当于听众声吸收的澳大利亚“西贝”（Sebel）公司产品。座垫和椅背可根据需要调节倾角。
室内乐厅的噪声控制同样包括隔声和空调系统的消声和减振两部分。厅内的周墙均为内隔断重墙，屋顶为双层结构，不存在屋面冲击声的问题。空调系统采用上送、下回的传统方式，消声和减振做法同交响乐大厅。
五、室内乐厅的声学测量和评价
室内乐厅竣工后曾对设计的八项指标进行了测定。混响时间和早期反射声的测定结果如下：
（1）混响时间（RT）
混响时间的测定是按设定的五种可调混响方式中三种进行的；即：1）转体和帘幕均为暴露反射面，即厅内具有最长的混响；2）转体和帘幕吸声面暴露，厅内混响处于最短的情况；3）转体和帘幕的吸声面各暴露一半，即处于1）2）的中间状态。测定结果和测定点配置分别见图14，最大可调幅度为0。48s（空场）和0.42s（满场）
（2）早期反射声测定：
早期反射声测定结果，可用式（2），式（3）求得500Hz，1000Hz和2000Hz三个频率的C80和C50的值，然后取其平均值：即C80（3），室内乐厅8测点的C80（3）值为2.55~4.93dB，平均值为3.77dB；C50（3）为－0.02~2.38dB,平均值为1.06dB。
星海音乐厅内乐厅的9项声学指标测定结果表明：全部达到预期效果，该厅在调试期间曾进行了广东省少年钢琴比赛，以及古筝独奏会，无论是乐师和听众均反映厅内音质效果极佳。
六、音乐厅声学设计中几个总是的探讨
通过星海音乐厅声学设计的实践和调试、试用过程中我国音乐家们反映的各种意见，笔者认为有些问题值得研讨，以便给今后音乐厅的设计提供参考。
（一）关于交响乐大厅的“最佳”混响时间
世界著名的传统音乐厅混响时间都比较长。这无疑对我国音乐厅设计有较大的影响。星海音乐厅交响乐大厅的满场混响时间也是参考了传统音乐厅而确定为1.8s的。
但长的混响时间不适合国情，原因首先是我国的交响乐团，习惯于在较短混响条件下演奏，这是因为国内的自然声演奏的厅堂没有达到满场1.8s混响时间的；其次是我国音乐家常以清晰为主要目的。正如我国著名指挥家严良堃先生在深圳音乐厅国际招标会上对音乐厅提出的音质要求是:“清晰、圆润、宏亮”。这在很大程度上代表了我国音乐界的意见。
国外的音乐家们也未必都喜爱长混响的，例如：维也纳音乐厅的混响时间为2.5s,音乐家也有不同的意见:著名音乐家’、指挥家卡拉扬（H．V．Karajan）就提出：“……大厅唯一不足之处是难以显示出一些弓上和嘴唇上的技巧，相继的音符彼此被相互吞没”，这明确表明混响太长了。
星海音乐厅交响乐大厅在调试过程中就是追加了人工调控混响而同时满足了国内、外音乐家的要求，而获得好评的。
（二）音乐厅的形体
音质良好的传统音乐厅均为“鞋盒”式形体，尽端配置演奏台，由于跨度窄、容积小（座椅宽度和排距小）因而有较强的早期侧向反射声，且覆盖面较大，近年的研究表明：它是传统音乐厅所以能获得良好音质的重要因素之一。而控音乐厅，由于容座大、又要求有舒适的座椅，势必容积大，在这种情况下，试图按“鞋盒”式音乐厅的比例增大其尺寸去再现传统音乐厅的特色，是不可能的。这将改变直达声和射声到达的时间和方向，从要命上削弱和恶化其效果，英国皇家节日音乐厅和台北文化中心音乐厅即为典型的例证。因此，对于大容积的交响乐大厅应在继承传统音乐厅良好品质的前提下，突破“鞋盒”式形体。“葡萄园”式（或称“山谷梯田”形）即为一咱比较适用的形式。它有可能缩短听众席后排至演奏台的距离，从而获得足够响度，这对于自然声演奏的大厅来说是至关重要的。如果演奏台周围逐渐升起的厢座和楼座栏板或矮墙设计得当，同样可以获得足够强的、覆盖面较大的侧向早期反射声。
致于音乐厅围护结构的几何形式（圆、椭圆、扇形、三角形等……）并不重要，不应约束建筑师的创作，但厅内装修所构成的空间形式应有利于声的扩散，这一点必须做到。
（三）关于音质效果的评价
音乐厅声学设计的最终目的是获得良好的听音效果，也即满足听众主观感受的要求。因此音乐厅建成后，通过声学测量核对测定数据是否达到设计指标，仅完成了客观量的评价，还须进行主观评价。有关音乐厅音质的主观评价，国内外有很多方法，但较为简易有效的方法是通过乐团多种节目的演出，听取各方面的意见，进行统计分析，求得评价结果。但在评价的实际工作中，应注意如下两点：
（1）乐队在演奏厅内空场排练不能作为主观评价的依据。
这首先是因为乐队经常在容积小，混响短（一般为1.0s）的排练厅练习,。因而在混响长达2.0s以上的演奏厅内排练，反差太大；其次是空场时，演奏台四周的座席是空的，座椅有反射而影响乐师的相互听闻。此外，空场排练只能反映光师在演奏台上的自我感受而不能评价大在的听音效果。因此，主观评价时，至少组织1／3满座的听众。既缩短了混响，又有听众和乐师两方面意见。
（2）正确、公正的评价需要时间
对新建音乐厅最初作评价是配合声学调试的乐队指挥和乐师，他们反映的实际上是演奏台上的自我感觉。而不是大厅的音质。如果是空场排练，则他们反映的意见多数是不可靠的；大厅公开演出后，厅内达到设计的声学状态，音乐家、音乐评价家和听众反映的才是真实的时质效果。但由于音乐家、指挥家的知名度，新闻媒界报导大厅的音质效果主要听取这些权威的评论。很少来自参加音乐会的听众。但更为正确、公正的评价最终应取决于包括音乐家在内的广大听众；但这需要时间，一上音质优异的音乐厅，应经得起时间的考验。
（四）音乐厅屋顶结构的选择应多方考虑
音乐厅的屋顶采用何种形式绘声绘色是结构工程师的事。但不论选用何种形式，必须考虑音乐厅某些特殊的要求：
（1）演奏台上方的屋架应能承重较大的局部荷载，以便吊置重的反射体、灯具和一些机械设备；
（2）演奏台上方应有足够的高度，使台上的声反射板和照明灯有升降的空间，在音乐会开演前一般将反射板悬吊在高处，以便使听众看到演奏台的全景，特别当设置管风琴时，更希望大部分听众都能看到。演奏开始时，才降下反射板和灯具。
（3）在承重的屋顶下，音乐厅的吊顶上应设置一个工作层，以便配置和操作升降的机械设备的设置通风管道。同时，还可使屋顶有足够的空气声和撞击声的隔声能力。
星海音乐厅选用“马鞍”形壳体，从结构上没有体现壳体的优越性（壳体厚达220mm）同时又不能满足上述所提的要求。无论在声学和使用上带来很多麻烦。
七、结语
星海音乐厅的声学设计自1990年3月与广东省文化厅和华南理工大学签约承接任务至196月13日启用，历经八年之久，在这期间进行了三次模型试验，四次现场测定，以及大量的声学构件实验室测定和计算工作。存积了大量资料，本文因受篇幅所限，仅作概要的介绍，供今后音乐厅设计参考。
星海音乐厅首演月的多场国内、外乐团演奏的结果表明，该厅具有良好的音质，受到了一致的好评，祈望能在国际优异的音乐厅行列中，占有一席之地。
篇4：数据采集系统设计研究论文
摘要：针对LabVIEW及MSP430F5529单片机构成的多路数据采集系统研究及设计，分为上位机和下位机两个主要模块来进行阐述。MSP430F5529作为前端数据采集系统进行数据采集，采集到的电压通过串口传到上位机LabVIEW界面。
关键词：MSP430F5529，单片机，数据采集，LabVIEW
LabVIEW程序设计方面相对来说比较简单，但是，Lab-VIEW的使用灵活性和功能完整性也很强大。MSP430F5529单片机多路电压数据采集系统的设计，从结构上来看比较简单，此类单片机工作电压区间比较低，耗能相对较低，内部集成了许多功能模块，功能完整性比较强大。结构简单的单片机系统与LabVIEW上位机的串行通信的功能结合，增加了系统灵活性。同时，又利用了MSP430F5529的超低耗功能，降低成本，使用简便。另外，虚拟仪器除了在物理形式上实现之外，也可以实现系统内的软件、硬件资源共享。将两者结合的多路电压数据采集系统无论是从运行效率还是编程方式，都展现了强大的优势。
篇5：数据采集系统设计研究论文
1．1数据采集系统需求基于LabVIEW及单片机构成的多路电压数据采集系统研究和设计，其中MSP430F5529单片机、ADC转换器组成的下位机数据采集系统实现采集电压的功能；采集到的多路电压信号被发送至LabVIEW程序功能模块进行分析和处理，并显示数据处理的结果；研究电平的转换。下位机的TTL电平转换成上位机能够接收的RS232电平。首先系统进行初始化，然后单片机通过串口进行多路数据采集，打开ADC转换器，开始转换，读取转换结果。然后发送到上位机界面，显示得到的数据处理结果。1．2数据采集系统方案设计的采集系统以上位机数据显示界面和数据采集系统实物的形式呈现，研究上位机与下位机的数据交互机制，实现数据的交互。方案：在上位机与下位机之间需要研究一个电平转换，采用MSP430系列单片机作为下位机采集模块，LabVIEW作为上位机处理模块；两个模块之间加入电平转换模块，采用的是CP2102转换芯片。此方案编程简单且方便，成本也相对较低，从整体来说也比较严谨。系统初始设计时，第一部分设计下位机单片机模块，启动A／D转换，得到的转换结果发送到单片机处理。并且加入了LCD显示模块；第二部分设计上位机LabVIEW程序处理模块，将采集到的结果上传到上位机显示。设计方案的流程图如图1所示。
2下位机采集系统设计此次设计采用
MSP430F5529Launchpad，MSP430F5529开发板内部集成A／D转换模块，多路电压采集系统下位机的重点在于A／D转换，所谓A／D转换即指模拟量等转换为数字量。MSP430F5529单片机可以自定义参考电压，此次设计的参考电压设计的是3．3V。所以本数据采集系统可采集的电压范围是0～3．3V。本设计是采集多路电压，转换的方法模式是采用转换速度较快的序列通道多次转换，提高转换速率。在程序设计里面是用ADC12CONSEQ＿3来选择采样模式。同时，定义了ADC12SHP等于1，来定义信号的来源是采样定时器。ADCMEMx存储器用来存储转换结果。此类存储器是CSTARTADDx位定义的。参考电压和通道是需要经过定义才能工作的，一般是通过ADC12MCTLx寄存器。多路电压数据采集的下位机流程图如图2所示。首先执行端口初始化，第一步便是关闭看门狗，在MSP430单片机中，主程序首先要关闭看门狗，如果不关闭看门狗，程序执行一段时间后，可能会导致程序无法运行。因为看门狗有定期重置CPU的功能。然后端口定义，ADC转换和串口通信的工作模式的初始化，之后进入中断采集数据，在有信号输入的时候才会进入中断，如果没有外部电压信号的输入不会进行中段。采集电压信号后开始转换，转换完成之后数据被传送两个方向：一是传送到LCD显示，二是发送到上位机LabVIEW程序界面显示。在AD转换的`过程中是进入中断进行数据测量的，此次多路数据采集系统的下位机设计的中断标志位采用ADC12IFG寄存器设置。MSP430单片机的中断可以说是非常大的一个亮点。想要有效提高程序运行的速率，在程序中加入中断便可实现。MSP430单片机的每个片上运行后，CPU便被唤醒，此时低功耗模式是不存在的，中断完成后，CPU脱离唤醒模式。此时的单片机回到低功耗状态。在下位机串口发送方面，U-CA0CTL控制寄存器来定义了时钟源，需要通过相应的时钟源来确定波特率，此控制寄存器的第0位是USCWRST，它具有软件复位的功能，在设计中需要使它置1，那么逻辑将会在复位状态一直保持。第6到7位的UCSSEL，用来选择时钟源，时钟源选择的是AMCLK，那么UCSSEL的状态是01，此时的波特率需要求出相应的分频细数来定义，AMCLK的频率是32768Hz。跟据定义，在低频时钟的情况下，分频参数是时钟频率与波特率的比重，此次设计的波特率是9600，因此可以得出的是分频参数是3．41，所以，UCA0BR0等于3。
3显示界面上位机设计
3．1上位机LabVIEW设计此次多路电压数据采集系统的上位机LabVIEW程序流程图如图3所示。上位机的部分，首先设计了单路的电压数据采集系统，其程序框图如图4所示。上位机LabVIEW的设计首先是配置串口参数，参数的配置与下位机端要保持一致，参数配置完成后要进入while循环中的VISAREAD，读取从下位机传来的数据。单路数据采集就是直接显示电压。加入while循环的目的是使程序可以一直运行，而且是直接只运行读取缓冲区数据部分，不用每次都配置串口参数，提高了程序运行速率。3．2TTI与RS232电平转换MSP430单片机输出的L电平与上位机接收的电平不是同一种，分别为TTL和RS232。所以上位机与下位机之间需要进行转换，15V～5V指的是RS232电平逻辑1时的状态，而逻辑0的话，是在＋5V～＋15V，而TTL电平逻辑0在0～0．8V之间，逻辑1在2．4V～5V之间，所以在TTL电平与RS232之间，需要进行正负逻辑的转换。在此次设计中选用的是主要由CP2102转换芯片构成的转换模块。同时里面也集成了MAX2485和MAX232通信芯片。CP2102是一种品质较好，工作比较稳定的且性能强大的转换芯片。整个转换模块体积小，便于移动。此次设计用MSP430F5529专门用于串口发送的P3．3口与RX引脚连接。如图5所示。CP2102的RX引脚专门用来接收TTL电平。CP2102的另一端与电脑相连，打开上位机LabVIEW程序，串口信息配置好之后，便可以显示采集的电压数据。
4多路电压数据采集系统测试
为了便于系统能够成功采集数据，采集的电压采取就近原则，直接采集单片机管脚电压，此次测试三次电压分别为：3．3V电源管脚电压、普通管脚电压（1．78V）以及GND管脚电压（0V）。由于误差作用，系统不能准确测到3．3V，以及3．3V会对旁边线路产生影响，所以第二路电压信号会从1．78V拉高到2．76V，第三路接地，所以是0．00V。除去显示结果以外，增加了波形显示，使采集到的电压变化变得一目了然。此外加入了串口工作灯指示，在串口正常工作的情况下，串口灯是绿色，在串口工作异常的情况下，串口灯是红色。改变某一路电压后，把第三路采集电压的管脚从接地端拔了下来，悬空时的电压是1．78V，同样会被3．3V的电压拉高，电压的变化直接在上位机界面呈现出来，直观明了，如图7所示。波形显示的坐标是可以自动变换的，根据数据的大小智能变换，改变采集管脚的电压后，如图8所示。
5结束语
基于MSP430F5529和LabVIEW进行多路电压数据采集系统，实际应用的结果，下位机与上位机的通信功能正常，操作也非常简单方便，完成了设计之初的要求，可以实现的功能有：①采集三路0V～3．3V的电压；②采集到的电压在LCD屏显示；③采集到的电压上传至LabVIEW上位机数据采集编写模块显示；④上位机LabVIEW界面显示电压数据及电压波形。研究并实现了MSP430F5529单片机的数据采集及处理、ADC转换、TTL电平转RS232电平、上位机与下位机之间的串口通信。同时，此次设计也存在些许不足：①只能采集三路数据；②不能调取历史采集数据。
参考文献
［1］陈美玉．基于单片机及LabVIEW的多路数据采集系统设计［J］．企业技术开发，，36（1）：69－71
［2］王克胜．系统软件设计及控制分析［J］．科技与企业，（4）：81－81
［3］段新燕．单片机液晶显示系统的设计［J］．电子科技，，25（8）：13
［4］周丽，裴东兴．基于MSP430单片机的超低功耗温度采集系统设计［J］．电子测试，（10）：35－38
篇6：野外信息采集系统设计的论文
关于野外信息采集系统设计的论文
1系统设计
1.1系统目标
该系统针对工程地质自身特点，立足于现有的摄影地质编录系统，实现地质编录辅助数据野外采集的数字化，采集数据的有效管理，以及采集数据与桌面摄影测量系统的无缝衔接。
1.2系统总体设计
本系统由PDA端野外地质信息采集软件和PC端影像地质编录辅助处理软件两部分组成。系统总体框架结构。
1.3数据库设计
系统数据库设计的目标是建立科学、高效的数据组织与管理体系，以实现工程地质编录数据的有效统一管理，提高系统载入、记录、查询、编辑等的工作效率。系统数据类型包括影像数据、图形数据和属性数据，对应影像、图形、属性数据库。数据库设计主要内容包括数据编码体系的建立和数据表设计。系统采用Acess和SQLServer数据库来存储和管理编录数据及成果。并基于ADO(ActiveXDataObjects)组件技术，实现对数据库的查询和统计。
1.3.1数据编码体系
为了实现数据的有效管理，需对数据进行统一编码，建立空间数据与属性数据的唯一对应关系，提高数据管理效率。系统的编码体系如下:
(1)编录底图影像数据编码
主标识码次标识码XXXXXXXXXXXXX+XXXX工程名称工程部位平台高程坡段代码+采集影像序列号如:SKY04132250044+05其中:主标识码作为影像数据管理的基本单位，用于单项工程(或桩号)内影像数据的管理，为影像拼接提供依据。次标识码为影像序列号，用于标识单张影像。将两级标识连接，则构成单张影像的标识。由此可见，通过数据编码可以保证编录底图的唯一性，便于与其中的空间数据形成一一对应的映射关系。
(2)图形数据编码
野外影像地质编录图的图形数据单位为地质构造点、线、面数据，对应实体属性构成的属性表。地层、风化分带、结构面(线)、节理裂隙、影像控制点、监测点等均为地质实体单位，是图形数据库的最小实体单位。图形数据标识码为:一级标识+地质类(面、线)序列号(分类编号)。
1.3.2数据库表设计
系统数据表包括影像数据表、图形成果数据表和地质实体属性表。地质实体数据表主要有地层数据表、结构面数据表、节理裂隙数据表、风化分带数据表、监测点数据表、影像控制点测量成果数据表。由于野外编录环境一般比较恶劣，因此在保证对地质要素描述详尽、准确以及与桌面摄影地质编录衔接的基础上，对桌面摄影地质编录系统的实体属性表进行了一定的简化，减少了一些非主要字段，并根据工程实践经验，设置缺省值与可选项，从而提高野外编录的效率。
1.4系统功能模块设计系统包括PDA端野外地质信息采集系统和PC端影像地质编录辅助处理系统两部分。
1.4.1PDA野外地质信息采集系统模块设计
(1)地质底图载入模块
该模块主要用于将野外拍摄的工程高分辨率影像载入工作区，作为地质要素添加标记的底图。该模块包括影像压缩和影像拼接两个子模块。考虑到现场信息采集对影像分辨率要求不高及PDA硬件限制，采用金字塔技术对影像进行压缩，克服了由影像尺寸过大带来的运行速度过慢的问题。实际工程应用中，编录的对象是工程地质边坡等连续大场景，但普通相机视场角较小，所获得的单张影像仅为工程的一部分。因此，需要对所获得的单张影像进行拼接，获取目标场景连续的'大视场影像作为编录底图，从而完整、准确地编录整个工程的地质要素。该模块采用仿射不变量技术实现多视点宽基线平面边坡影像自动拼接，对于拍摄角度变化不大的竖直坡面影像，采用附加双向匹配几何一致性约束的SIFT算法进行处理;对于拍摄角度变化较大的非竖直坡面影像，采用基于几何纠正的SIFT算法处理，拼接结果较好。通过影像自动拼接提高了编录信息的准确性及编录工作效率。
(2)地质要素添加模块
该模块主要用于添加各类地质要素，采用选单方式进行设计，操作简单。考虑到用户对地质属性的未来扩展及采集数据与PC机摄影编录系统的无缝衔接，定义了代码属性库的概念。各种点、线状地物的特性均受代码库控制(代码库向用户开放)，用户可根据自身需要设置代码，用代码控制其图层、颜色、线形、线宽等实体特性，进行删除、转换等编辑操作。方便地物信息提取和相互转换，为地质信息入库创造了有利条件。
(3)地质要素浏览及编辑模块
该模块主要包括对已录入的地质要素实体的编辑，如修改、删减多段线节点，移动点状、线状地物的空间位置等;还包括对地质要素的属性的修改，如修改一条节理裂隙线的节理室内编号、节理性质、起伏差、填充状况等。
(4)系统数据维护模块
用户可通过该模块中对数据表、数据字段进行设置，如添加新数据表、在已有数据表中添加新字段等。
1.4.2PC端影像地质编录辅助处理系统模块设计
现场编录完成后，在室内将PDA中的工作区传入PC端，通过PC端影像地质编录辅助处理软件对野外编录数据进行查询、浏览及编辑，将数据无缝汇入摄影地质编录系统工作环境中，避免传统图纸作业方式因人工汇整、重新输入而产生的错误，提高编录速度。
(1)地质信息编录模块
该模块可将PDA采集的地质编录文件载入PC端处理软件，在室内以工程桩段为单位进行多张影像地质要素的集中检查、合并、补充、删除等处理。
(2)CAD编辑模块
该模块主要功能是将编录结果导入CAD中，在CAD环境下对编录结果进行编辑、整饰，添加地质符号及说明文字，输出编录图等编录结果数据。
2系统实现系
统PDA端采集软件以EVC＆MapX为开发平台，充分利用了MapXMobile的技术优势，确保系统界面的美观实用以及用户操作的灵活方便。PC端辅助处理软件以VB为开发平台，集成MapInfo的开发环境进行开发。同时，利用AutoCAD的二次开发VBA编程，开发系统的图形输出子系统，并建立地质编录图形、图像、属性数据库，开发数据库查询、维护、输出系统。
3系统工程应用实例
本系统在向家坝等大型水电工程中得到全面应用。在进行野外数据采集时，首先利用数码相机或PDA拍摄工程现场影像资料，并在PDA上完成条带单张影像拼接，获得大视场整幅影像作为影像地质编录底图。然后进行地质编录辅助信息采集，用工程实践证明，本系统可快速、精确地在工程现场获取地质信息，实用性强。且系统所获取的数据内业处理时能与地质编录数字摄影测量系统无缝衔接，有效提高了数据管理效率，辅助完成摄影地质编录工作。
4结语
影像地质编录野外信息采集系统不仅实现了施工现场地质编录辅助数据的现场快速信息化采集和采集数据的有效管理，而且实现了采集数据与PC端影像地质编录辅助处理软件的无缝连接。系统协同摄影地质编录系统，解决了由现有手工地质编录方法的不足所带来的劳动强度高、作业周期长、信息反馈慢、编录几何精度低以及操作不便等多种难题。系统可广泛PDA在底图上标注构造线等地质信息，在工程现场以数字化方式完成露头、岩层填充物等信息采集工作，并将相关的属性数据保存到数据库内，为室内影像地质编录提供参考依据。最后进行内业数据处理，直接将这些数据导入到桌面的摄影地质编录系统，通过一定的整理，生成编录成果图，如图4所示，同时可对整个与边坡相关的数据进行统一管理。用于高边坡、硐室、基坑等工程的现场信息采集，为地质编录野外信息采集提供了新的手段。
篇7：基于Nios平台的光信号采集片上系统设计
基于Nios平台的光信号采集片上系统设计
摘要：介绍基于Altera Excalibur平台的光信号采集片上系统的设计，详细地分析片上系统各个组成部分的工作原理。作为一个新型的测量系统，它具有灵活、稳定、高效率等特点。关键词：片上系统 光纤光栅 光信号采集 Nios
引言
一项很有发展前景的新技术-纤维光学及光纤光栅（FBG，Fiber Bragg Grating）技术，已经被应用于温度及形变在线测量中。FBG传感器的特征就是具有良好的稳定性、可靠性。除此之外，它还具有基于光纤传感器的一些共有优点，如对电磁的不敏感性、尺寸小、传感器和数据获取装置之间距离可以很远；因而能克服传统的温度和形变传感器（如热电偶和形变测量器）的很多缺点，如重量、硬度方面的缺陷以及对环境变化干扰的抵抗能力差等。
(本网网收集整理)
本文主要介绍对FBG传感器信号的快速获取方法，重点介绍基于FPGA的Altera公司的Excalibur开发板，设计一个片上嵌入式测量系统，用它来获取光信号。与目前具有同样功能的其它测量系统相比，它具有灵活、稳定、易维护、高效率等优点。本测量系统的硬件开发包括，使用Altera Excalibur开发板配置生成一个嵌有Nios处理器的“片上”测量系统，以及使用CCD和高速ADC设计光电信号的转换和采集电路；软件开发包括，在Apex EP20K FPGA中时序信号的Verilog实现，使用C语言对光电信号的获取。
1 系统结构
测量系统由以下几部分组成：光学系统、放置被测物体内的光纤光栅（FBG）和信号采集处理部分。其中的光学系统包括光源和分光仪，使用高亮度的激光发生器作为光源，用于产生入射被测物体内的光纤的光波。它的功率大于1mW，光频谱位于808～858nm，入射后其中某一波长的光波被光栅反射回来，并进入分光仪。分光仪是由若干面反射镜和全息光栅组成，主要作用是对光波进行光学处理后，使光波能够准确投射在CCD上，将光信号转换成电信号，便于信号的采集和处理。系统中信号采集处理部分是由CCD线列传感器ADC转换器以及Altera ExCalibur开发板组成。它的作用是将投射在CCD上的光信号先变为模拟电信号，而后通过ADC将信号再转换成数字量信号，然后通过Altera's Excalibur开发板上的片上Nios嵌入式系统，对这些数字量信号进行采集和处理，得到相应的温度值和应变值，以便完成整个测量过程。系统框架示意图如图1所示。
2 光纤光栅（FBG）传感器工作原理
光纤光栅（FBG）传感器是光纤传感器的一种。它不仅可以用于静态信号，还可以用于动态信号的采集，例如温度、形变和压力等。
以下结合图2介绍光纤光栅（FBG）的工作原理。
光纤光栅（FBG）传感器的工作原理就是用某一波长的光信号来表示我们希望采集的物理量。光纤中的光栅可以被看作是一个“滤波器”。根据光栅本身的物理特性，进入光纤的光波的某一波长部分被光栅反射回来，这一波长的光波就被从入身的光波中“滤除”了。这样，我们希望采集的物理量就被“调制”成了这一波长的光信号。
图3 缓冲接口电路
假设光栅的反射系数为neff，光栅之间的几何距离为dB，通过以下公式得出被反射回的光波的波长λB=2×neff×dB。机械应力将改变光栅之间的几何距离，而温度的变化将改变光栅的反射系数。可以试想，在已知温度T0和已知压力ε0条件下，反射波长为λB0，那么，可以通过检测未知温度T1和未知应力ε1所对应反射波长λ1与λB0之间的波长偏移，来计算得到此刻的温度T1和应力ε1，计算公式如下：
其中光栅的相关常系数c1、c2，由光栅的校准过程所决定。
应力ε1=(λ1-λB0)/[（1-Peff）]×λB0
其中光栅常系数的Peff是光栅光塑常系数。
3 CCD图像传感器的选择
为了方便系统对FBG输出的光信号进行处理，必须将其转换成电信号，我们采用光电信号
转换器未完成这方面的工作。在本系统中，因为发光源的波谱范围是808～858nm，所以我们选用了波谱范围为200～1100nm的2048个像素的灰度线列CCD图像传感器ILX511B。
CCD将光信号转换成模拟电信号，每个像素产生一个模拟电信号，这样CCD每次进行光电转换就产生2048个模拟电信号；同时，它将这2048个像素位置串行地“封装”成一个有效数据字段，可以在外加时钟同步信号（CLK）和芯片使读端（ROG）作用下，从CCD中读出数据。外加的同步时钟信号由2087个时钟脉冲组成，在每个时钟脉冲作用下，一个数据位被读出。这2087个数据位由以下几部分组成：首部伪数据字段（33个数据位）、有效数据字段（2048个数据位）、尾部伪数据字段（6个数据位）。需要注意的是，为了提高电磁兼容性，CCD的工作方式应该选择为采样一保持方式；同时，CCD在上电后处于内部电路初始化阶段，为了避免得到错误的数据，最初22 500个时钟脉冲用于初始化CCD，不要在此阶段读出数据。
4 ADC接口设计与Altera Nios平台
4.1 ADC接口设计
经过CCD传感器转换输出的模拟量，必须通过ADC转换器转换成数字信号，这样系统才可以处理这些信号。因为CCD的动态范围是48.5dB，根据公式
ADC精度≥动态范围（dB）/20×log2
可以计算得到ADC精度≥8.06，所以选择ADC的精度必须是9位或9位以上的；同时，根据以下公式计算ADC的速度：
fs=1×2MHz（CCD的最大时钟频率）=2MHz（采样和保持方式）。
通过上述计算和分析，得到所需ADC的两个主要特性指标，即精度至少要9位，采样的速率必须至少2Msps。
现在，有很多ADC转换器可以应用于CCD图像处理。在综合考虑了诸多因素后，我们选择Linear的串行ADCLTC1402。
在设计ADC接口电路时，要注意以下一些问题。首先，由于LTC1402内部输入信号的“保持-采样”电路的速率达到80MHz，所以，外部的噪声和干扰都可以通过LTC1402的输入端对A/D转换产生影响。根据LTC1402数据手册的要求，我们解决的方法是，在LTC1402的输入端加上一阶的滤波电路，将输入信号的频率限制在一定的范围内。其次，CCD的输出对于外界的阻抗变化比较敏感，如果将ADC的`输入端与CCD的输出直接相连，则CCD的负载可能随ADC输入端内部阻抗的变化而变化。基于以上两点考虑，我们在CCD和ADC之间设计了缓冲电路，用于阻抗匹配和滤波。缓冲接口电路如图3所示。
由图3可计算ADC的输入最高频率：
fg=1/[(2×π×R5×C3)]=10.3MHz。
4.2 Altera Nios平台
在细致分析系统的特点后，我们决定选择专门针对SOPC应用的Altera Excalibur开发套件。开发套件包括以下部分：
*Nios处理器以及外围接口；
*Quartus II开发软件；
*GNDUro编译器；
*基于APEX EP20K200E FPGA的开发板；
*相关的开发例程。
图5 时钟和控制信号发生器的仿真时序
我们使用集成在QuartusII中的SOPC Builder工具来配置生成片上系统。SOPC Builder是一个功能强大的基于图形界面的片上系统的定义和定制工具，可以在短时间内完成用户定制的SOPC设计。根据应用的需要，从SOPC Builder库中选择IP模块、存储器、外围接口和处理器，并且配置生成一个高集成度的SOPC系统，因而选取以下一些模块组成片上系统：Nios 32bit CPU、Boot Monitor ROM、Communication UART、debugging UART、Timer、Button PIO、User PIO、LCD PIO、LED PIO、DMA、SPI、Seven Segment PIO、External RAM Bus（Avalon TriState Bridge）、External RAM Interface、External Flash Interface。
同时，SOPC Builder自动产生一些必需的仲裁逻辑来协调系统中以上各个部件的工作，我们将系统的工作频率设为33MHz。定制完片上系统的硬件后，SOPC Builder还为编写操作这些片上硬件的软件代码提供了一个软件开发环境，这个软件环境包括语言头文件、外围接口的驱动以及实时操作系统的内核，极大地方便了软件的开发。
5 系统实现
以下分两部分来分析和介绍：①在ApexEP20K FPGA中，使用Verilog编写时钟和控制信号发生器用于驱动CCD和ADC，并且协调两者的工作；②使用C语言编写程序，通过SOPC Builder配置的SPI接口读取ADC输出的数据。
5.1 时钟和控制信号发生器
使用Verilog编写时钟和控制信号发生器，用于产生驱动CCD和ADC的时钟和控制信号。时钟发生器的工作原理是：使用频率为33MHz的系统时钟，作为时钟发生器的输入和同步售，用于产生所需的CCD和ADC驱动的时钟和控制信号。根据系统的要求和CCD以及ADC芯片特性，将产生的CCD时钟频率设为1MHz；同时把ADC的时钟频率设为33MHz。在时钟发生器中，还需对产生CCD和ADC两个高速设备的时钟和控制信号进行匹配，使得两者能够正常地工作。
现在详细地分析这两个高速设备如何完成时序的匹配。由于系统中的CCD和ADC都是依靠外加时钟同步的高速设备，因此，这两个设备之间的时序的匹配对于能否获取正确有效的数据来说至关重要。为了使两个设备协同工作，首先要分析每个设备所需的外加时钟和控制两个外加信号，分别是CCD_ROG和CCD_CLK。CCD_ROG信号使得CCD的输出数据有效，也就是每次从CCD读取数据时，都要先给CCD_ROG一个低电平，将CCD置光电转换后的数据一位位地输出。ADC进行模数转换也需要两个外加信号，分别是ADC_CONV和ADC_CLK。ADC_CONV信号使ADC芯片开始进行模数转换，每次进行转换前都要给ADC_CONV一个高电平；同时，转换过程和转换后的结果输出在ADC_CLK信号的同步完成。
由于需要先从CCD光电转换器读出模拟数据，所以，要通过CCD_ROG给CCD一个长度为t1(t1=4000ns)的低电平。在CCD_ROG重新变为高电平后，CCD就在CCD_CLK信号的同步下输出数据了，在每个CCD_CLK作用下输出一个模拟量数据。CCD每次输出的2087个模拟量分别由33个首部伪数据字段、2048个有效数据和6个尾部伪数据字段组成。其中的2048个有效数据和首部伪数据字段的后20个数据就是我们希望得到的，所以从第14个数据到第2081个数据中的每个模拟量，都通过ADC_CONV（ADC_CONV的高电平宽度为4ns），给出一个高电平启动ADC；同时，在ADC_CLK的作用下，完成模数转换过程和数字量输出。图4、图5是时钟和控制信号发生器的程序流程和仿真时序图。
5.2 SPI接口的编程
ADC将模拟信号转换成数字信号后，Nios通过SPI接口读入这些信号并进行相应的处理。我们通过Quartus II中的SOPC Builder为Nios核配置SPI接口。在我们的系统中，将SPI配置为从设备。软件通过访问存储器中映射的5个16位的寄存器来控制和读写SPI接口。读入的数据通过MOSI引脚逐位进入移位寄存器。通过移位寄存器的移位和缓冲后，一帧数据进入寄存器rxdata，同时将状态寄存器的rrdy位置1，通过访问rxdata就得到一帧数据。数据被读取后，rrdy位自动置回0。如果前一帧数据还未从rxdata读取，后一帧数据就会将原数据覆盖，造成错误，同时将状态寄存器的ROE（Read Overwrite Error）位置成1。SPI接口共有4个引脚，分别是MISO（Master Input Slave Output）、MOSI（Master Output Slave Input）、SCLK（同步时钟）和SS_n。当SS_n为低电平时，从设备可以在SCLK同步作用下读入数据。系统中的SPI接口是从设备，所以只使用MOSI、SCLK和SS_n三根引脚。图6是Nios中SPI与ADC的接口示意图。
从ADS的芯片特性可知，当ADC_CONV在一个高电平的作用下，ADC开始进行模数转换。ADC_CONV回复到电平后，因为SS_n和ADC_CONV连在一起，所以Nios中的SPI就处于可以读入数据的状态了；同时，在ADC_SCK的作用下ADC输出数据，而SPI也在相同的时钟SCLK的作用下，通过MOSI读入数据。为了能够准确得到数据，还要将SPI寄存器rxdata的位数设为13位。软件中，我们将通过等待SPI寄存器的rrdy位的置位，来读取rxdata中的数据，与此同时寄存器中roe的状态决定此帧数据的读取过程中是否存在数据溢出现象。以下是相关的读取数据的软件代码。
do{
//读一行CCD数据
for(i=0；i<2069；i++){
//等待，直到准备好
while(spi->np_spistatus&np_spistatus_rrdy_mask)==0)
;
//从SPI数据寄存器读数据
c[i]=spi->np_spirxdata；
}
//读覆盖状态
b=spi->np_spistatus&np_spistatus_roe_mask;
}while(b==8)；
结论
本系统经过仿真测试，其功能达到了设计要求，并用HP逻辑分析仪验证了系统功能。
篇8：一种QCM信号在线采集系统的实现
一种QCM信号在线采集系统的实现
摘要：石英晶体微天平（QCM）信号采集系统的设计质量是影响其测量精度的重要因素。提出了一种QCM信号在线系统的实现方案，给出了系统的结构框图，并对系统电路进行了详细的分析。关键词：石英晶体微天平DSP谐振频率
QCM（QuartzCrystalMicrobalance）是由AT切石英晶体片和镀在其上下表面的金属电极构成的一种谐振式传感器。其结构如图1所示。QCM作为微质量传感器具有结构简单、成本低、振动Q值大、灵敏度高、测量精度可以达到纳克量级的优点，被广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中，用以进行气体、液体的成分分析以及微质量的测量、薄膜厚度的检测等。根据需要，还可以在金属电极上有选择地镀膜，进一步拓宽其应用。例如，若在电极表面加一层具有选择性的吸附膜，可用来探测气体的化学成分或监测化学反应的进行情况。因传感器等。随着生物科学的蓬勃发展，QCM作为基因传感器在生物领域的应用有着广阔前景。
在国外，QCM在气相中的应用已经相当成熟，近几年，对液相中的QCM应用的研究也取得了很大进步，并且已经出现了很多商品化的产品，但是它们的价格非常昂贵。国内的相关研究相对较少。本文提出了一种基于DSP的QCM信号在线采集系统。该系统主要由高频信号发生器、QCM传感器和信号采集处理部分组成，结构简单、成本低。借助DSP强大的数字信号处理功能，实现了在线测量，并且保证了较高的测量精度。
1QCM测量原理
石英是具有压电性质的物质之一，当外加交变电压的频率为某一特定频率时，石英晶片振幅会急剧增加，这就是压电谐振。
1959年Sauerbrey在假定外加持量均匀刚性地附着于QCM的金电极表面的条件下，得出了QCM的谐振频率变化与外加质量成正比的结论。即：
式中，Δf为QCM谐振频率的变化；f0oQCM的基频；c66为石英的辰电强化剪切模量；pq为石英的密度：2.65lg/cm3；A为金电极的面积；Sf为传感器的灵敏度；Δm为电极表面的质量变化。通过（1）式可得到QCM电极表面的质量变化。由于QCM的灵敏度很高，可以达到纳克级，并且结构简单，因此一问世就得到了广泛的应用，如用于真实或空气中膜的厚度检测等。
20世纪90年代以来，随着研究的深入，QCM在液相中也取得了广泛的应用，主要用于生物、化学等领域的检测中。1982年Monura和Okuhara最先提出了可以在液相中驱动QCM振动的电路，将QCM的应用扩大到了液相。1985年Kanazawa和Gordon推出了QCM在牛顿流体中振荡时其谐振频率变化与液体的粘度和密度的关系式，即：
从式（1）、（2）可以看出，QCM谐振频率的变化量Δf是关键的待测量。
2系统方案
目前驱动QCM振动并采集其输出信号的方法主要有两种：（1）振荡电路法；（2）频谱分析法。振荡电路法的基本原理为：将QCM接入自激振荡电路中，使其构成选频元件，电路的振荡频率等于QCM的谐振频率。通过电路振荡频率的变化可得到QCM谐振频率的变化，从而可推测出待测物质性质的变化。频谱分析法的基本原理为：扫描QCM在其谐振频率附近的一段频率范围内的频谱（幅频和相频特性），通过该频谱可得到QCM的谐振频率、Q值等参数。与振荡电路的方法相比，频谱分析的主要优点有：在大阻尼介质中不会停振、测量结果信息量大、形象直观、计算解释容易。本设计给出了一种基本频谱分析法的QCM信号采集系统。
3系统分析
电路的正弦信号产生部分由直接数字信号合成（DDS）芯片、自动增益控制（AGC）和运放（AMP）等组成。DDS接收DSP的控制信号，产生频率可控的正弦信号；AGC调整DDS的输出信号，使其峰-峰值始终保持为一个已知的定值；AMP则完成信号的放大和阻抗转换。由于信号产生部分增加了自动增益控制使其产生的信号的信号的峰-峰值保持恒定，从而减少了待测信号的数目，简化了测量和处理的过程。
信号产生器部分产生的正弦信号作用在如图2中所示的两个反相比例电路上，反相比例电路的输出信号包含QCM在相应频率下的等效阻抗的幅值和相角信息。根据反相比例电路虚地的原理，作用在QCM上的电压始终保持为信号产生部分的输出电压与地之间的电压差。采用这种结构的好处是：（1）使作用在QCM上
的电压保持恒定，简化了处理过程。（2）只通过一个反相比例电路的输出信号即可单独得到QCM等效阻抗的幅值（通过后面的`计算将会得到此结论）。
反相比例电路输出信号的采集和处理部分的核心是两个乘法器和低通滤波器。设信号产生部分的输出信号电压为：u=u0coswt，用相量表示为：u。则含有QCM的反相比例电路的输出为：
式中，R1为参考电阻|Z|和φ为其对应的幅值和相角。另一个反相比例电路的输出为：
式中，R2、R3分别为参考电阻R2、R3的阻值。u1、u2作为两个模拟乘法器的输入。乘法器1的输出为：
两路输出信号经低通滤波（LPF）后的输出为：
这两个直流信号经过放大器放大后由ADC芯片采集，所采集的数字信号经DSP处理后送往PC机供分析、显示之用。为保证采集的精度，此处的放大器选用AD620芯片。AD620具有高精度、低漂移和低哭声的优点，另外AD620可以通过一个外接电阻方便地调节放大倍数。ADC芯片采用双通道的高精度转换芯片。
整理（3）、（4）两式可得QCM等效阻抗的幅值为：
上面各式中R1、R2、R3和u0均为与电路参数有关的已知值，所以由采集的信号uf1和uf2，通过（5）、（6）式即可分别计算出QCM等效阻抗的幅值和相角。通过DDS改变产生信号的频率，即可得到不同频率下QCM等效阻抗的幅值和相角。对QCM谐振频率附件的频率段进行扫描，记录每个频率测量点对应的幅值和相角，即可给出QCM的频谱。由频谱可以得出QCM谐振频率的变化量Δf。
由（5）式可知，通过uf1即可单独求出QCM等效阻抗的幅值，得到QCM的幅频率特性曲线。因此本电路可以设定两种工作模式：（1）使电路仅采集信号uf1，从而得到QCM的幅频特性曲线，由该曲线可以得到QCM的谐振频率（对应于阻抗值最低点处的频率）、带宽、Q值等参数。采用此模式得到的信号虽不全面，但它足以得到谐振频率的变化量Δf，且由于这种模式只采集、处理一路信号，因此工作速度较快。（2）同时采集信号uf1和uf2，从而可得到QCM的幅频特性和相频特性曲线。采用此模式可以得到QCM的最全面的信息，但它的工作速度与模式（1）相比较慢。
数字信号的采集、处理、传输以及整个电路的控制是由DSP控制器、A/D转换芯片和PC机完成的。DSP的高速处理能力和较大的数据存储空间使得系统可以在线地采集处理信号。实际中，从低通滤波器输出的信号uf1、uf2是混杂着哭声的直流信号，为了消除引入的干扰信号，在DSP中采用滤波算法对数据进行滤波处理，可以进一步提高系统的精度。
本系统结构简单、成本低、易于实现。通过使使用在QCM上的信号峰-峰值保持恒定，简化了后续的计算处理过程。同时系统具有两种工作模式，可采集的信息量全面。系统的核心控制器由DSP担任，借助DSP强大的数字信号处理能力，可以实现信号在线采集，并对信号进行滤波处理，进一步提高了系统精度。
篇9：FPGA数据采集与回放系统设计论文
FPGA数据采集与回放系统设计论文
1系统及其原理
基于通用信号处理开发板，利用FPGA技术控制AD9233芯片对目标模拟信号采样，再将采样量化后的数据写入USB接口芯片CY7C68013的FIFO中，FIFO写满后采用自动触发工作方式将数据传输到PC机。利用VC＋＋6．0软件编写上位机实现友好的人机交互界面，将传输到PC机上的数据进行储存和实时回放。本系统主要实现以下两大功能：1）ADC模块对目标模拟信号进行采样，利用FPGA技术将采样后的数据传输到USB接口芯片CY7C68013的FIFO中存储。2）运用USB2．0总线数据传输技术，将雷达回波信号数据传输到PC机实时回放。分为应用层、内核层和物理层3部分。应用层和内核层主要由软件实现。应用层采用VC＋＋6．0开发用户界面程序，为用户提供可视化操作界面。内核层基于DriverWorks和DDK开发系统驱动程序，主要起应用软件与硬件之间的桥梁作用，把客户端的控制命令或数据流传到硬件中，同时把硬件传输过来的数据进行缓存。物理层主要以FPGA为核心，对USB接口芯片CY7C68013进行控制，通过USB2．0总线实现对中频信号采集。系统设计采用自底向上的方法，从硬件设计开始逐步到最终的应用软件的设计。
2硬件设计
FPGA在触发信号下，控制ADC采样输入信号，并存入FIFO中。当存满时，将数据写入USB接口芯片CY7C68013，同时切换另一块FIFO接收ADC转换的数据，实现乒乓存储，以提高效率。FPGA模块的一个重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。当ADC采样后，数据进入FPGA模块，FPGA控制数据流将其写入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC机传输。CY7C68013的数据传输模式采用异步slaveFIFO和同步slaveFIFO切换模式。通过实测，前者传输速度约为5～10Mbit／s，后者传输速度最高可达20Mbit／s，传输速度的提高可通过更改驱动程序的读取方式实现。
3软件设计
3．1USB驱动程序设计
USB2．0总线传输技术最高速率可达480Mbit／s。本系统采用批量传输的slaveFIFO模式。CY7C68013芯片内部提供了多个FIFO缓冲区，外部逻辑可对这些端点FIFO缓冲区直接进行读写操作。在该种传输模式下，USB数据在USB主机与外部逻辑通信时无需CPU的干预，可大大提高数据传输速度。Cypress公司为CY7C68013芯片提供了通用的驱动程序，用户可根据需求开发相应的固件程序。
3．2FPGA模块程序设计
系统中FPGA模块的'核心作用是控制AD9233芯片进行采样。AD9233作为高速采样芯片，其最高采样速率达125Mbit／s，最大模拟带宽为650MHz。通过改变采样速率可使该系统采集不同速率需求的信号，扩展了该系统的应用范围。描述FPGA控制USB数据写入接口芯片FIFO的状态机如图6所示。状态1表示指向INFIFO，触发FIFOADR［1：0］，转向状态2；状态2表示若FIFO未满则转向状态3，否则停留在状态2；状态3表示驱动数据到总线上，通过触发SLWR写数据到FIFO并增加FIFO的指针，然后转向状态4；状态4表示若还有数据写则转向状态2，否则转向完成。
3．3上位机设计
为实现人机交互，利用VC＋＋MFC在PC机上编写了可视化操作界面，即上位机。上位机既用于数据采集的控制，同时也用于采集数据的实时回放。上位机界面如图7所示。上位机主要功能：
1）按下“检测USB”按钮，可检测USB是否连接正常，并显示USB基本信息。
2）按下“开始采集”按钮，可将采集的数据传输到PC机并实时回放数据波形；再次按下“开始采集”按钮，可暂停数据波形回放。
3）按下“保存数据”按钮，可将采集的数据以＊．dat文件的形式存储到PC机硬盘。
4）按下“结束采集”按钮，可关闭采集系统并退出界面；或按下“确定”和“取消”按钮，也可直接退出界面。
4系统实测
为了测试数据采集与回放系统，利用通用信号处理开发板设计了DDS模块。该DDS模块产生一个正弦波作为测试信号，通过AD9744芯片转换后变为模拟信号输出，并将此输出信号接至示波器以便验证系统。数据采集与回放系统的实物图及系统实测波形与回放波形。
5结束语
通过实际测试，基于FPGA的数据采集与回放系统达到了预期设计的要求。此系统能够对目标模拟数据进行采集，并能对采集的数据实时回放，且可将数据以＊．dat文件的形式存入PC机硬盘；系统具有高速的采集传输功能，上位机能够实时、动态地回放数据；信号采集板和处理板共用一套硬件，避免了重复制板，在实际调试时可方便地在信号采集与信号处理的工作模式间来回切换，提高了工作效率。原驱动程序官方版本为了满足通用性和稳定性的要求，限制了传输速率，本设计开发了相应的USB驱动程序，提高了传输速率。
篇10：虚拟商品三维展示系统的设计论文
虚拟商品三维展示系统的设计论文
[摘 要]针对目前电子商务中网络商品展示方面的不足，对虚拟三维模型进行了研究。设计了一个适合网络商品三维展示的模型，研究了三维商品模型及网络化展示的关键技术。
[关键词]虚拟现实 VRML 三维展示
一、引 言
目前，电子商务网站商品的展示是通过文字和二维图像方式进行，客户不能像在实体店里一样对商品进行多角度的观察和了解，这在很大程度上阻碍了网上交易的实现。
虚拟现实利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的对象。通过VRML可实现在电子商务网站中对商品的三维展示，给消费者提供了自由的观察空间和互操作性，激发客户的购买欲望，提高成交率。
二、商品三维模型建模
1.VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言)是一种用于建立真实世界的场景模型或虚拟三维世界的场景建模语言。作为第二代Web语言的VRML，突破了网页的平面结构，改变了WWW上单调、交互性差的弱点，将人的行为作为浏览的主题，所有的表现都随操作者行为的改变而改变。
2.三维建模
通过VRML建模语言创建出虚拟商品模型。根据商品的特征，用基本几何节点、PointSet节点、IndexedLineSet节点、IndexedFaceSet节点，并结合挤出Extrusion节点，可实现商品的三维几何模型。对于相对复杂的商品，还可使用原型机制实现各部分模型的创建和拼接。
对于电子商务网站中，复杂而多变的商品模型，较有效的处理方法还是使用专业的三维设计软件，如Rhino、3DMAX、Pro/ENGINEER、AUTOCAD等。首先，使用三维设计软件将商品的三维模型设计出来;然后，将三维模型导出为VRML的文件。例如，在3DMAX 中设计完三维模型后，执行文件菜单下的“导出”菜单项命令，在导出的文件选择为VRML(.wr1)即可。
三、三维展示系统的设计及实现
1.展示系统的生成流
首先，通过三维设计软件制作出商品的.三维模型;然后，将三维模型导出为VRML文件，并调整商品的外观效果;最后，完成VRML脚本在网页中的嵌入，完成虚拟商务的发布。
当用户在客户端浏览含有三维商品的网页时，系统会自动下载一个VRML播放器，如Cosmo Player，并在客户端安装运行。此后，用户即可看到三维虚拟商品，并可通过VRML浏览器提供的操作按钮与三维商品进行交互。
2.展示系统的构成
(1)客户端子系统
包括Web浏览器和VRML浏览器插件两部分。Web浏览器完成对网页的解释和执行，将结果现实给用户;VRML插件完成对VRML文件的语法分析、解释和执行，完成三维场景的生成和显示。使得用户能够在二维网页中实现三维商品查看和操作。
(2)服务器端子系统
包括模型的VRML文件、商品的查询、管理和发布，以及VRML浏览器插件的下载。其中，VRML文件由三维设计软件生成的商品模型导出得到，并根据实际显示效果进行调整，包括灯光、材质、路由等处理。数据库系统完成商品相关数据的存储。商品的查询、管理和发布功能，则由动态网页模块完成。
四、结束语
针对用户对网络上商品的展示缺乏真实感这一问题，展开对虚拟三维商品模型在网络中的展示技术的研究。通过三维软件对商品进行建模，并利用虚拟现实中的VRML技术实现三维商品模型在网络上的发布。既克服了二维展示的缺陷，又发挥了三维交互展示的效果。该方法具有良好的展示效果，对第二代WEB下的电子商务应用有很好的应用价值。
参考文献:
[1]段新昱:虚拟现实基础与VRML编程[M].北京:高等教育出版社，
[2]王朝晖:电子商务中的虚拟现实技术应用[J].信息技术，，(11)
篇11：准周期信号基2同步数据采集系统的设计
准周期信号基2同步数据采集系统的设计
摘要：介绍了一款基于单片机的倍频电路。该电路能够实现对准周期信号的整周期同步采样，具有倍频精度高、跟踪速度快、能对准周期信号进行预测和补偿等特点；同时介绍了一种周期预测的方法和原理以及基于PC总线实现准周期信号的同步数据采集系统。关键词：准周期信号整周期采样单片机预测
数据采集及其傅立叶分析是信号处理的重要环节和基本手段。众所周知，利用FFT技术对信号进行频谱分析时，其精度受谱泄漏和栅栏效应等因素的制约。理论研究和实验均表明：对周期或准周期信号实行按基频整周期同步采集2n个数据，即整周期基2同步采样，可以减小傅立叶分析中的固有误差――谱泄漏和栅栏效应[1]。
对周期信号，通常可采用由锁相环和分频器组成的锁相倍频电路[2]，实现对信号的整周期基2同步采样。但对周期缓慢变化的准周期信号，要实现整周期基2同步采样，则非易事。一文提出一款基于单片机周期预测和补偿，从而实现对准周期信号整周期基2号同步采样的倍频电路。该电路倍频精度高、跟踪速度快，能对准周期信号进行预测和补偿，在信号处理和数据采集领域有较好的应用前景。最后给出了基于PC总线实现同步要样的数据采集系统。
1准周期信号基2倍频电路的实现
1.1准周期信号基2倍频原理
设待采集的准周期信号的频率为fx，周期Tx。为了实现对输入信号的整周期同步采样，要求对输入信号N倍频，即产生一个频率为Nfx的A/D采样脉冲。又设某基准时钟脉冲信号的频率为fo(fo>>fx),周期为To,对fo进行M分频后，使其恰好等于输入待采集周期信号频率fx的N倍，即：
Nfx=(f0)/M(1)
或
Tx=M・NT0=N・MT0（2）
为了实现基2同步采样，通常取：
N=2n(3)
式(3)中n=4,5,...8。显然，当n的位数确定后，改变M，使M随Tx的变化而变化，就能保证整周期基2同步采样。
1.2准周期信号基2倍频电路的硬件实现
为了保证对准周期信号基2整周期同步采样有较高的精度，笔者提出一款基于双单片机的基2倍频电路如图1所示。它由过零比较器、二分频器、单片机和或门组成，其中单片机选用AT89C2051，外部晶振频率为12MHz，内部计数频率fo为1MHz，输入信号fx经整形和二分频后直接与两单片机的外中断INT0和INT1相连。图1中A、B、C、D、E、F、G各点波形如图2所示。
其工作原理是：在信号的奇周期Tx1期间，单片机(1)定时器To由输入信号Tx1的上升沿启动，并对Tx1填脉冲计数，Tx1的下降沿关闭定时器To;借助单片机的运算功能，确定M值，并利用定时器T1产生频率为Nfx的输出脉冲信号。定时器To设为内部计数形式，工作方式1（16位计数，初值为0），GATE位为1，利用外部中断INT0引脚上的电平Tx1，直接启动和关才计数器。其计数结果是16位二进制数HL，其中高位为H，低位为L值。
当输入信号频率较低时，计数器T0会溢出触发中断，在中断服务程序中使用单片机内部寄存器（R4）记灵中断次数，以扩展计数范围。利用外部中断INT0引脚上Tx1电平的下降沿产生中断，读取T0的计数值HL和R4的值。通常（3）式中的n可根据输入信号的频率，智能地选取4到8位的二进制数，（2）式中的M值由下式给出：
M=R4HLN（4）
显然M为16位二进制数，因此设置定时器T1为内部计数方式，GATE位为1。当输入信号频率较高时，选工作方式2（8们，初值自动重装载）；当输入信号频率较低时，选工作方式1（16位）。定时器T1的初值取决于上一奇周期期间测得的M值，当计数溢出中断时，在中断服务程序中使PLO输出电平翻转，即获得fx的N倍频的方波信号。
同理，可实现单片机（2）在偶周期Tx2期间，输出N倍频的方波信号。可
见当输入单片机的外部信号?x每产生一个周期脉冲，在其输出端就会有N个输出脉冲，用输出脉冲去触发A/D板卡采集，即实现了N倍频的整周期采样。
1.3准周期信号的周期预测
上述方法实现整周期采样时，是把这一周的周期值作为下一周的周期来计算采样脉冲输出频率的。对周期性信号，周期固定不会影响结果；但对准周期信号，周期是渐变的，会带来较大的`误差。为了减少或补偿这种误差，本设计借助单片机的运算和数据处理功能，分别对下一周期进行周期预测。即利用前m个周期的T值，对下一个周期作出预测，再以预测的M来设置定时器T1的初值。用拉格朗日线性插值法可预测周期[3]，如图3所示。提取最近两周的周期值，推算下一周的周期值。
图3中Tj为第j周终了时刻测得的周期值，Tj-1为第j-1周终了时刻测得的周期值，Tj+1为要预估的下一周终了时刻的周期值，则可得预估公式：
Tj+1=2Tj-Tj-1=Tj±ΔTj(5)
由此可得：
Mj+1=2Mj-Mj-1=Mj±ΔMj(6)
2基于PC总线控制的数据采集系统
基于PC总线的同步采样系统框图见图4，它主要由地址译码器、单片机倍频电路、A/D转换器组成。各模块功能如下：
地址译码：PC机中用户可使用0300H～031FH地址，采用与非门74LS133对PC总线的地址信号A0～A9译码，端口地址为030FH和030FH。
单片机倍频电路：产生同步信号进行同步采样，保证信号截断长度正好是信号周期的整数倍。
A/D转换器：采用AD678芯片实现模数转换。AD678是带采样保持器的12位A/D转换器，其精度为2-12=1/4096=0.024%，转换时间为5μs，其工作速率满足采样频率的要求。
3性能及误差分析
（1）输入信号上下限频率fxH和fxL的确定
当输入信号频率较高时，（3）式中的n取4位二进制，考虑到单片机的中断响应时间需要3～8个T0，因此由（2）式可求得：
Txmin=8х24T0+TP=128μs+TP(7)
式（7）中的TP为单片机周期预测所需的时间，设约为72μs。
当输入信号频率较低时，（3）式中的n取8位二进制，（4）式中的M可取16位二进制的最大值，因此由（2）式可求得：
Txmax=28х216T0≈16s(8)
则由（7）、（8）两式可确定：
fxH≤5kHz和fxH≥0.1Hz
(2)误差分析
根据（5）式估算的周期值，如果准周期信号的周期变化是均匀的，即遵从匀变速规律，由此引入的误差为0；如果周期变化是非均匀的，则仍会带来一定误差。在许多实际应用场合（如旋转机械的起停过程）周期主要是匀变速或接近匀变速，而少许的偏离经（5）式的修正后影响很小。其它的计数误差和单片机中断引起的误差，可看作系统误差，由单片机修正。
本文介绍的准周期信号同步数据采集系统，借助单片机的周期预测功能，对准周期信号智能倍频，从而实现整周期基2同步采样，进而大大消除频谱分析中的泄漏误差和栅栏效应，在机械故障诊断、信号测试等相关领域具有很强的实用性。
文档为doc格式
