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2021年全国大学生全民彩票登录网址设计竞赛A题 - 信号失真度测量装置

任务
设计制作信号失真度测量装置,对来自函数/任意波形发生器的周期信号(以下简称为输入信号)进行采集分析,测得输入信号的总谐波失真 THD(以下简称为失真度),并可在手机上显示测量信息。测量装置系统组成示意图如图 1 所示。
基本要求
(1)输入信号的峰峰值电压范围:300mV~600mV。
(2)输入信号基频:1kHz。
(3)输入信号失真度范围:5% ~ 50%。
(4)要求对输入信号失真度测量误差绝对值? ? THD -THD x o ≤5%,THDx 和THDo分别为失真度的测量值与标称值。
(5)显示失真度测量值THDx 。
(6)失真度测量与显示用时不超过 10 秒。
发挥部分
(1)输入信号的峰峰值电压范围:30mV ~ 600mV。
(2)输入信号基频范围:1kHz ~100kHz。
(3)测量并显示输入信号失真度THDx 值,要求? ? THD -THD x o ≤3%。
(4)测量并显示输入信号的一个周期波形。
(5)显示输入信号基波与谐波的归一化幅值,只显示到 5 次谐波。
(6)在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THDx 值、一个周期波形、基波与谐波的归一化幅值。
(7)其他。
说明
(1)本题用于信号失真度测量的主控制器和数据采集器必须使用 TI 公司的MCU 及其片内 ADC,不得使用其他片外 ADC 和数据采集?椋ǹǎ┏善贰
(2)关于 THD 的说明:当放大器输入为正弦信号时,放大器的非线性失真表现为输出信号中出现谐波分量,即出现谐波失真,通常用“总谐波失真 THD(total?harmonic distortion)”定量分析放大器的非线性失真程度。
(3)基波与谐波的归一化幅值:当输入信号的基波幅值为Um1,各次谐波幅值分别为Um2 、Um3…,基波与谐波的归一化幅值为:1、?U U m2 m1 ? 、?U U m3 m1 ? …。
(4)用函数/任意波形发生器(以下简称为发生器)输出的周期信号作为测量装置的输入信号。参赛队员必须熟练掌握发生器“谐波发生”功能的操作技能(包括但不限于设置信号谐波参数、存储与调用信号)。
(5)参赛队必须自带本队自用的发生器参加赛区作品测试,根据测试专家提出 的有关要求自行设定、存储自带发生器的输出信号,作为测量装置输入信号。
(6)除输入信号外,不得再有任何其他信号引入测量装置。一键启动测量后, 装置应在 10 秒钟内自动完成失真度测量与显示(期间不得有人工操作),超时扣分。 一旦测量显示总用时超过 30 秒,停止作品测试。
要点
数字方式
基本要求:可以选用采样率低于1Msps的ADC
发挥部分:基频100KHz并显示5次谐波,需要1Msps以上的采样频率的ADC
输入信号范围30mV ~600mV,采用单片机的ADC,分辨率足够,电压基准使用3.3V也没有问题
单片机内部搭配的ADC一般到1Msps/12bit以上,足够处理这部分的信号,不过TI的好多单片机好像不能到1Msps,只能完成基本要求的部分,或者搭配外围的模拟全民彩票登录网址,用模拟全民彩票登录网址部分完成THD,MCU完成量化
可以参考硬禾学堂寒假一起练、暑期一起练的几款DIY示波器的平台,代码全开源,包括FFT部分,只需要将这部分代码移植到TI的MCU上
建议选择一款带蓝牙的MCU,如TI的MCU没有带蓝牙的(对该公司的MCU不熟悉),可以搭配一个蓝牙?椤
可以用ADI的M2K口袋仪器做信号源,能够便捷地产生各种波形。
模拟方式
参照后面“阅读材料”中的几篇文章,使用TI的MCU对总THD进行量化
阅读材料
谐波的产生
使用M2K口袋仪器
通过Wave文件生成波形
通过函数生成波形
参考平台
项目3 音频信号示波器/频谱仪:
将Mic或耳机插孔输入的语音信号进行ADC量化,并在OLED显示屏上将波形和频谱显示出来,并能够自动测量输入信号的参数 - 峰峰值、频率分量
通过DAC生成一个单频的模拟正弦波信号,将生成的波形连接到麦克风输入端,并进行ADC采集,再将采集到的波形显示在OLED屏上,并测量出其峰峰值、平均值、频率/周期
2021年暑期一起练的平台之一
支持音频处理、WiFi传输
用来产生失真测试信号
基于NXP的LPC824单片机做的简易示波器 + FFT频谱仪
2020年暑期活动平台,代码全开源,并有系列直播课程
基于STM32F072的开源口袋仪器
2021年暑期一起练的活动平台
硬件设计、软件代码全开源
支持信号产生、ADC数据采集、FFT频谱变换及计算的功能
子曰
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2021-11-05
电赛