基于ARM7的微弱信號采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.3 采集電路設(shè)計

采集電路由差分放大器SSM2141、增益放大器LT1355、A/D芯片ADC12062和ARM處理器S3C4510B組成，如圖3所示。

差分放大器SSM2141將輸入的差分信號再次轉(zhuǎn)換成單端信號。高速運放LT1355將單端信號放大，使其值符合A/D芯片輸入電壓范圍。

ADC12062作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，具有12位采樣精度，其基準(zhǔn)電壓為4.096V。ADC12062采用CMOS工藝，具有低功耗的特點，功耗為75mW。 ADC有下降沿觸發(fā)中斷引腳，將此引腳與ARM的外部中斷引腳相連，ADC轉(zhuǎn)換完成以后，及時通知ARM讀取數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件包括ARM初始化程序、中斷向量表和應(yīng)用程序。

3.1 初始化程序和中斷向量表

系統(tǒng)啟動時首先運行ARM內(nèi)部ROM的BOOTLOADER程序，通過這段程序，可以初始化硬件、建立內(nèi)存空間映射圖。BOOT LOADER程序基本流程圖如圖4所示。

1)存儲器初始化主要配置芯片內(nèi)外存儲器介質(zhì)映射和實現(xiàn)地址空間的特殊存儲器。配置如下。

3.2 微弱信號處理算法的實現(xiàn)

本研究采用基于功率譜估計來實現(xiàn)數(shù)字相關(guān)算法，流程圖如圖5所示。

相關(guān)運算轉(zhuǎn)變?yōu)楣β首V計算，要對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)和快速傅里葉反變換(IFFT)，其中FFT傅里葉算法是該程序模塊的重點，時間抽取(DIT)基2的FFT算法是較為合適的FFT算法。

圖6是FFT算法實現(xiàn)的基本框圖。在蝶形運算中，奇數(shù)序列和偶數(shù)序列分開計算，因此設(shè)計了偶數(shù)序列存儲單元和奇數(shù)序列存儲單元。

3. 3 AD數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn)

ADC12062作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采用外部中斷向ARM芯片報告數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，然后ARM讀取數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲區(qū)滿后，上位機(jī)會啟動數(shù)據(jù)處理程序和上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)程序。AD數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖如圖7所示。