[发明专利]一种低成本高精度嵌入式信号采集分析系统和方法

权利要求书

1.一种信号采集分析系统，包括：主控制器、数据转换器ADC，其特征在于：还包括测频模块，其中主控制器包括主控制单元、辅助控制单元、逻辑门阵列，逻辑门阵列负责驱动数据转换器ADC、测量并计算被测信号频率，主控制单元负责人机交互及与辅助控制单元、上位机通信，其中：逻辑门阵列及前端电路能精确测量信号频率，在信号频率已知的情况下主控制单元能精确计算出信号幅值，辅助控制单元能扩展主控制单元的其他低速需求，其中所述系统的工作过程包括：

a)测频模块将被测信号进行处理，调整为逻辑门阵列的输入输出单元(IO)输入范围的晶体管-晶体管逻辑(TTL)电平；由逻辑门阵列内部的等精度测频模块测量并计算出被测信号的精确频率值，并上传至主控制单元；作为快速傅里叶变换所得频谱计算幅值的参考频率；

b)逻辑门阵列驱动数据转换器ADC对测量数据进行数据转换，配合前端电路测量并计算出被测信号频率值，并将数据发送给主控制单元；

c)主控制单元对被测信号的进行加窗、快速傅里叶变换计算进而得到该信号的频谱，计算出信号的幅度。

2.根据权利要求1所述的信号采集分析系统，其特征在于：所述步骤c)的具体实现如下，将频谱内最大的幅值所对应的频率标号乘以频率分辨率，可得到与被测信号频率差最小的分辨率频率值，通过比较测频模块所得频率值与FFT(快速傅里叶变换)计算得出的频率，可确定频谱上的被测信号频率在该分辨率频率的左旁瓣还是右旁瓣，同时与得到的次最大幅度值作为对比验证，在确定信号频谱的分辨率频率范围内后可通过内差法得到该频率点处的更精确的幅度值。

3.根据权利要求2所述的信号采集分析系统，其特征在于：所述系统还包括通信模块、外围扩展模块、触控显示屏，主控制单元通过通信模块可与远程终端连接，可与系统内的触控显示屏进行交互；辅助控制单元可通过外围扩展模块与外围其他电路连接。

4.根据权利要求3所述的信号采集分析系统，其特征在于：逻辑门阵列内部具有IP核，在所述a)步骤中，通过调用IP核生成抗混叠数字滤波器，滤掉2倍采样频率以上及FFT(快速傅里叶变换)窗配置过程中的无效旁瓣频率的无用信号。

5.根据权利要求4所述的信号采集分析系统，其特征在于：测频模块内的波形处理电路包括同向比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路、施密特触发器；被测信号先经同向比例放大电路，随后经过限幅电路将1～12V的信号限制在0.7V以下，再经过后级滤波放大后输入施密特触发器转换成方波，此时信号幅值范围满足可编程逻辑门阵列(FPGA)的IO输入范围。

6.根据权利要求1-5任一项所述的信号采集分析系统，其特征在于：主控制单元在多线程的支持下可以将逻辑门阵列发送来的原始数据通过通信模块转发给远程终端，同时支持接收远程终端的控制命令；辅助控制单元接收到主控制单元的命令后，将频谱图输出到触控显示屏显示，并可选择当前显示的波形为原始信号的波形或者加窗后的波形或者频谱图。