电赛小结

2018电赛程序实现---电流信号检测装置

把程序主要分为三个部分，第一个部分是vga显示，第二个部分是ad7106的驱动程序，第三个部分是fft程序

vga显示

vga显示这部分是我队友写的，主要功能显示输入信号的频谱和正弦信号的频率，非正弦信号的谐波幅值，其实这个频谱是经过处理之后显示的，如果输入的是单一频率的正弦波，那么只显示一根谱线，假设输入的是谐波，那么只显示谐波对应频率下的谱线，本来是想把所有的频谱给显示出来的，但是由于vga分辨率是1440X900,fft变化点数是8000个点，屏幕分辨率不够，所以当时没有全部显示，显示效果下图所示：

AD7606驱动

我们一开始采用的是ads828这个10bit70M采样率，但是这款ad有两个问题，测量10mv的信号时准确度低，原因在于利用的有效位少了，这个当时我们想了两种解决思路，第一种是100MA~1A的电流直接经过ad处理，10ma~100ma的电流先经过放大，然后再经过ad处理，这样ad的有效数据位就利用了起来。第二种方案是采用精度更高的ad，我们最后是采用的第二种思路。另一个是这个ad828在硬件设计是加入了运算放大器，导致他的输入电压和输出值并不是线性关系，不过这个可以通过软件补偿进行弥补，先测试100组数据，然后再通过线性拟合补偿。

ad7606采用的是spi接口，当时是老师帮我们从网上下载了一份verilog程序，结果还挺好用的，节省了大量的调试时间。

FFT

fft分为采样速率模块控制采样率，fifo控制不同的时钟域，fft出来的数据进行转换，最后利用转换出来的数据进行测频率和幅值。

ip核使用注意事项

1. ad输入进来的数据并不是实际电压值，如果要转换成幅度，需要将ad的数据量化成电压值。
2. 关于缩放因子：缩放因子最高位是1则将数据向左移动相应的位数，否则向右移动相应的位数。
3. 缩放完数据 x N/2是原始数据的幅值。
4. ad产生的数据如果有直流分量要减去直流分量。
5. fft在matlab仿真中采整数个周期出来的结果才正确，但是在实际工程中，采整数个周期对采样率要求比较严格，实际上只要采样的周期数量足够多的话，就算不是整数个周期，最终的误差影响很小。
6. fft出来的结果不要最后一个点。

采样率

一开始我们是采用的4K采样率和4K个点，这样频率分辨率1Hz，但是经过我们后期分析，频率分辨率是0.5hz，所以后来又把变化点数提高到8k个点，根据F = Fs / N频率分辨率就变成了0.5hz。

4k的采样率一开始是直接在ad驱动程序里设置成1/4k的延时，但是这样不准，ad信号出来时都会有一个busy信号的等待，因为这个时间不固定，所以实际出来的频率小于4khz，这样也会导致fft变换完数据的不准确。一开始，fft出来的结果，当频率变高时，幅值误差很大，我当时以为是采样率太低了，最高被测信号是1khz，4k采1khz，一个周期才测四个点，其实4k的采样率也能满足要求，因为我们变化的8K个点，已经可以恢复出原始信号。由于测试的产生的幅值数据不准，老师给我们提供了一个思路，先把ad7606提高到最高采样率200khz，先对被测数据进行过采样，然后用4k采用率进行抽取进行fft变化，如果大于频率大于800hz采用时域求幅值的方法，频率小于则采用频率测量的方法。当我采用过采样然后抽取的方法时，误打误撞，非常惊喜的发现求出来的数据全部都符合题目要求的精度。

FIFO控制

fft变化的时钟是50Mhz，采样时钟是4k，所以中间采样了一个异步fifo进行缓冲。

FFT控制

fft里的数据都是有符号位，当时有效数据标志位开始时，对实部和虚部平方相加然后求根，然后通过缩放因子进行移位，对数据除N/2之后，ad数据转化之后就是实际的电压值。

测频

fft设置的是8k个点，因为频谱是对称的，所以只测前4000个点即可。所测的频率的在谱上的幅值最大，所以进行比较大小，即可求出被测信号中能量最大的信号。

电赛学到的知识

1. 用excel统计大量数据，使用公式行计算求误差，进行拟合。
2. 学会了之前fft没有搞懂的地方，也就是ad转换数据部分。

经验总结

1. 题目下来几天后，也不知道自己在忙啥，感觉最题目还是理解的不到位，最后还是经过老师带着分析之后才搞懂的，搞懂题目才可以做题，要不然理解错了，做的都是无用功。
2. 从网上传出一份评分表，但是老师不一定完全按照评分表来评测数据。
3. 好几个组做一道题目，方案不要完全一样，起码显示可以改一下，一个用vga，另一个用led显示屏或者数码管。否则老师可能会压你分数。
4. 如果对评测要求不确定，可以准备两套方案，通过按键调整。