基于DSP的電氣數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

【摘要】隨著工業(yè)的快速發(fā)展，電氣信息的獲取成為產(chǎn)品設(shè)計的主要組成部分，本文利用MATLAB Link for Code Composer Studio，進(jìn)行DSP算法移植，最終實現(xiàn)通過攝像頭采集電氣參數(shù)圖像信息，顯示器顯示電氣參數(shù)圖像的曲線擬合結(jié)果。能有效提升讀圖的精度與速度，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)門檻，優(yōu)化開發(fā)過程，整個系統(tǒng)易于手持使用，特別是在工業(yè)現(xiàn)場可以直接使用，在實際工程項目中有著極佳的使用前景。

【關(guān)鍵詞】圖形處理；DSP；MATLAB；電氣參數(shù)

一、序言

隨著電氣產(chǎn)業(yè)的日益普及和廣泛使用，在電氣產(chǎn)品設(shè)計過程中，如何精確選型避免過設(shè)計，成為電子電器產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計、銷售人員越來越關(guān)注的問題。同時當(dāng)今是信息化社會，圖像是電子電器行業(yè)獲取信息的最重要的來源之一。本文提出結(jié)合MATLAB來開發(fā)DSP系統(tǒng)的思想，闡述了實現(xiàn)該思想的兩種工具，并詳細(xì)介紹了使用MATLAB Link for Code Compo-ser Studio輔助DSP設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，包括其功能特點(diǎn)、實現(xiàn)方式、工作原理等。最后結(jié)合典型的FIR濾波器實例，探討了使用該工具的方法，并設(shè)計了圖形用戶界面。結(jié)果表明應(yīng)用MATLAB輔助開發(fā)DSP系統(tǒng)可以發(fā)揮二者的優(yōu)勢，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)門檻，優(yōu)化開發(fā)過程。

二、具體分析

1.總體思路

數(shù)字信號處理（Digital Signal Proc-essing，簡稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。MATLAB具有強(qiáng)大的計算、分析和可視化功能，但MATLAB語言是解釋執(zhí)行的，執(zhí)行速度較慢；而DSP是為了完成實時數(shù)字信號處理任務(wù)而設(shè)計的，算法的高效實現(xiàn)是DSP器件的顯著特點(diǎn)，但是其開發(fā)門檻高[1]。如果能把MATLAB和DSP開發(fā)工具結(jié)合在一起，取長補(bǔ)短，相輔相成，將是DSP設(shè)計人員夢寐以求的一種新的開發(fā)思想。MATLAB Link for Code Composer Studio可以實現(xiàn)這一要求。

本文利用matlab的圖形處理功能[2][3]，找出圖形上的點(diǎn)代表的坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)軸的數(shù)值范圍，確定圖形上的點(diǎn)代表的X、Y數(shù)值。對圖形上點(diǎn)所對應(yīng)的X、Y值，做多項式擬合，計算出在坐標(biāo)軸的數(shù)值范圍內(nèi)X、Y。令數(shù)值的方程Y=f（X）。利用MATLAB Link for Code Composer Studio，進(jìn)行DSP算法移植，最終實現(xiàn)通過攝像頭采集電氣參數(shù)圖像信息，顯示器顯示電氣參數(shù)圖像的曲線擬合結(jié)果。

2.實施方法

（1）功能劃分及邏輯框圖

系統(tǒng)按功能可分為電源模塊、視頻切換、存儲器模塊、DSP、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊六個部分。

（2）關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

由于SDRAM在PCB板上的布局、布線屬高速數(shù)字信號設(shè)計，設(shè)計過程與低速電路不同，需要考慮電路中的反射、串?dāng)_、電磁干擾等現(xiàn)象，其設(shè)計的好壞直接影響系統(tǒng)性能，甚至使系統(tǒng)失效，所以該部分設(shè)計為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)之一；針對該問題，在設(shè)計過程中要遵循一些基本的高速信號設(shè)計規(guī)則，DSP至SDRAM的數(shù)據(jù)線與地址線作等長布線，PCB設(shè)計完成后，進(jìn)行性能仿真。

電源設(shè)計：該系統(tǒng)的電源模塊主要由開關(guān)電源（BUCK）、線性電源組成，開關(guān)電源外圍器件（如儲能電感、續(xù)流二極管等）的選擇、布局、走線，決定了電源模塊的穩(wěn)定性和EMC性能，所以該模塊設(shè)計為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)之一；針對該問題，在設(shè)計過程中要遵循環(huán)路面積最小原則，并注重散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）關(guān)鍵元器件選型分析

（a）DSP：采用高性能數(shù)字多媒體處理器TMS320DM642，最高主頻可達(dá)720MHz。

（b）Flash：選用SPANSION S29GL128S-90TF102，128Mbit FLASH芯片。

（c）SDRAM：根據(jù)算法要求，每個攝像頭在SDRAM中存放4幀數(shù)據(jù)，本設(shè)計采用1片ISSI生產(chǎn)的IS42S32800B（256-Mbit）。

（d）LM22676：該系統(tǒng)控制器在短時間耐電壓測試過程中，電壓值為24V，控制器工作電流≤1A。根據(jù)以上參數(shù)，可選擇開關(guān)電源LM22676。

三、工作實例分析

1.工作流程

（1）視頻信號通過攝像頭采集；

（2）采集信號通過視頻解碼傳給DSP處理；

（3）對采集的圖像進(jìn)行灰度、二值化處理、邊緣提取、濾波等一系列算法處理；

（4）利用上述算法對處理后的圖像進(jìn)行電氣參數(shù)圖形提取；

（5）對提取的電氣參數(shù)圖形進(jìn)行多項式擬合[4]；

（6）通過顯示器，件擬合的結(jié)果顯示，以備后續(xù)設(shè)計開發(fā)使用。

至此，電氣參數(shù)圖中信息被matlab讀出，轉(zhuǎn)換成函數(shù)關(guān)系方便后續(xù)工程上使用。經(jīng)過驗證，計算得出的數(shù)值和原圖符合。

2.細(xì)節(jié)分析

（1）使用多項式擬合矩陣DL和矩陣ZS的函數(shù)DL=f（ZS），經(jīng)過測試，6此多項式在一定的取值范圍內(nèi)，準(zhǔn)確率最為合適，下面以實際情況來分析此細(xì)節(jié)問題；

（2）2次多項式：p=polyfit（ZS，DL，2）；

（3）3次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，2）改為p=polyfit（ZS，DL，3）；

（4）4次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，3）改為p=polyfit（ZS，DL，4）；

（5）5次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，4）改為p=polyfit（ZS，DL，5）；

（6）6次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，5）改為p=polyfit（ZS，DL，6）；

（7）7次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，6）改為p=polyfit（ZS，DL，7）；

經(jīng)過以上分析，6次多項式精度已經(jīng)較為理想，滿足實際工程使用精度需求，無需使用7次多項式擬合。

四、小結(jié)

本文提出結(jié)合MATLAB來開發(fā)DSP系統(tǒng)的思想，闡述了實現(xiàn)該思想的兩種工具，并詳細(xì)介紹了使用MATLAB Link for Code Composer Studio輔助DSP設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，基于DSP的圖形識別和處理，直接讀取圖形信息，有效的提升了讀圖的精度與速度，能有效優(yōu)化供應(yīng)商及零部件選型、提升設(shè)計質(zhì)量、降低售后風(fēng)險，整個系統(tǒng)易于手持使用，特別是在工業(yè)現(xiàn)場可以直接使用，在實際工程項目中有著極佳的使用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒彥，唐東，寧志剛，等.DSP原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools User’s Guide.MathWorks，2002.

[3]劉劍科，王艷芬，王勝利.MATLAB Link for CCS Deve-lopment Tools在DSP系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2005（4）.

[4]謝良喜，孔建益，王興東等.MATLAB讀入數(shù)據(jù)的幾種方式探討[J].微計算機(jī)信息，2005（5）：135-136.

作者簡介：劉琳（1979—），女，安徽濉溪人，碩士，工程師（中級），現(xiàn)供職于奇瑞汽車股份有限公司。