一、實驗目的

了解信號抽樣的基本內容，學習AD7606采集波形的實現，實現外部信號的抽樣與恢復并在LCD上顯示結果。

二、實驗原理

抽樣定理

抽樣定理，又稱采樣定理，香農采樣定理，奈奎斯特采樣定理，只要采樣頻率大于或等于有效信號最高頻率的兩倍，采樣值就可以包含原始信號的所有信息，被采樣的信號就可以不失真地還原成原始信號。抽樣定理是通信理論中的一個重要定理，是模擬信號數字化的理論依據。時域采樣定理：

（1）頻帶為F的連續信號f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1)，f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...來表示,只要這些采樣點的時間間隔Δt≤F/2，便可根據各采樣值完全恢復原來的信號f(t)。

（2）當時間信號函數f(t)的最高頻率分量為f_M時，f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于f_M/2的采樣值來確定，即采樣點的重復頻率f≥2f_M。

對連續時間正弦信號考慮下面的表達式：

可以按抽樣頻率f_s=1/T_s對x(t)抽樣來獲得離散時間信號：

如果不能滿足抽樣定理，抽樣后信號的頻率就會重疊，即高于采樣頻率一半的頻率成分將被重建成低于采樣頻率一半的信號。這種頻譜的重疊導致的失真稱為混疊，就不能恢復成原始信號。以下兩種措施可避免混疊的發生：

（1）提高采樣頻率，使之達到最高信號頻率的兩倍以上（本實驗使用的方法）；

（2）引入低通濾波器或提高低通濾波器的參數；該低通濾波器通常稱為抗混疊濾波器，抗混疊濾波器可限制信號的帶寬，使之滿足采樣定理的條件。

外部輸入信號

本實驗中，外部輸入信號的抽樣實現是通過實驗板上的波形發生器AD9833輸出正弦波連續信號， AD7606 采集波形后得到對應的離散信號數據，最后DSP對采集到的離散信號進行處理，比如FFT運算，最后LCD顯示。

AD9833特性

（1）AD9833是一款低功耗、可編程波形發生器，能夠產生正弦波、三角波和方波輸出，輸出頻率和相位可通過軟件進行編程，調整簡單。

（2）AD9833通過一個三線式串行接口寫入數據。該串行接口能夠以最高40MHz的時鐘速率工作，并且與DSP和微控制器標準兼容。

AD7606特性

（1）8 路16bit采樣通道。

（2）支持串行和并行讀取方式。

（3）支持全部通道 200K 采樣率并行采集和轉換。

（4）支持真正±10V 或±5V 的雙極性信號輸入。

AD7606上8個通道的數據是同時采集，輪流轉換的。

模數轉換模塊的處理過程如下：

（1）模數轉換模塊接到啟動轉換信號后，按照排序器的設置，開始轉換第一個通道的數據；

（2）經過一個采樣時間的延遲后，將采樣結果放入轉換結果寄存器保存；

（3）按順序進行下一個通道的轉換；

（4）如果為連續轉換方式則從新開始轉換過程；

（5）否則等待下一個啟動信號。

程序流程設計

設計中首先要進行LCD初始化，例如外設使能配置、LCD管腳復用配置、中斷配置、顯示初始化等。然后初始化AD7606并啟動轉換，接著初始化AD9833并輸出正弦波信號，AD7606對信號進行抽樣轉換，抽樣后將信號轉為復數模式，接著對抽樣信號進行FFT變換，并在在LCD上顯示抽樣的結果。最后進行觸摸檢測，控制AD采樣的暫停和啟動。

函數源碼

FFT運算函數

使用 DSPLIB 的庫來進行FFT運算。使用時，直接包含“DSPF_sp_fftSPxSP.h”文件 即可。

API接口

void DSPF_sp_fftSPxSP(int N, float *ptr_x, float *ptr_w, float *ptr_y, unsigned char *brev, int n_min, int offset, int n_max);

程序使用 DSPLIB 的庫來進行FFT運算，調用的程序源碼和使用說明可以安裝DSPLIB后查看。調用的FFT函數中，第一個參數是樣本中 FFT 的長度，第二個參數是指向數據輸入的指針。第三個參數是指向復雜旋轉因子的指針。第四個參數是指向復雜輸出數據的指針。第五個參數是指向包含 64 個條目的位反轉表的指針。如果樣本的FFT長度可以表示為 4 的冪，第六個參數是4，否則 第六個參數是 2 。第七個參數是從主FFT開始的樣本中的子 FFT偏移索引 。 第八個參數是樣本中主FFT的大小。

FFT逆變換函數

使用 DSPLIB 的庫來進行FFT逆變換。使用時，直接包含“DSPF_sp_ifftSPxSP.h”文件 即可。

API接口

void DSPF_sp_ifftSPxSP (int N, float *ptr_x, float *ptr_w, float *ptr_y,
unsigned char *brev, int n_min, int offset, int n_max);

程序使用 DSPLIB 的庫來進行FFT逆變換，調用的程序源碼和使用說明可以安裝DSPLIB后查看。調用的IFFT函數中，第一個參數是樣本中 FFT 的長度。第二個參數是指向數據輸入的指針。第三個參數是指向復雜旋轉因子的指針。第四個參數是指向復雜輸出數據的指針。第五個參數是指向包含 64 個條目的位反轉表的指針 。如果樣本的FFT長度可以表示為 4 的冪，第六個參數是4，否則第六個參數是2 。第七個參數是從主FFT開始的復雜樣本中的子FFT偏移索引 。第八個參數是樣本中主FFT的大小。

三、操作現象

實驗設備：本實驗使用的硬件接口為LCD，所需硬件為實驗板、仿真器、公頭對公頭 SMA 連接線、LCD和電源。

硬件連接

（1）使用公頭對公頭SMA連接線連接波形發生器和ADC輸入的V1通道。

（2）連接仿真器和電腦的USB接口。

（3）將撥碼開關撥到DEBUG模式01111，連接實驗箱電源，撥動電源開關上電。

軟件操作

導入工程，選擇Demo文件夾下的對應工程

編譯工程，生成可執行文件

將CCS連接實驗箱并加載程序

程序加載完成后點擊運行程序

運行程序后，LCD會顯示抽樣的離散信號波形，上半幅圖為離散抽樣信號，橫坐標X為時間，采樣點的時間間隔為1ms。下半幅圖為離散抽樣信號的頻譜圖，頻譜近似等于AD9833產生的連續信號頻譜 100。

實驗結束后，先點擊左上角的黃色按鈕暫停程序運行，再點擊紅色按鈕退出CCS與實驗板的連接，最后實驗箱斷電即可。