数字滤波技术的工频选频表设计硬件子系统(附件)
随着科学技术的飞速发展，电子设备已经在各种领域日益普及，但在大量电子设备的使用过程中，工频干扰对信息设备及信号处理的影响最大，是信号测量选用中的重要干扰因素，本课题所研究的就是如何利用DSP2812对信号进行处理，利用数字滤波的方式消除工频干扰。本文讨论了滤波器的发展历史及技术发展现状，确定了数字滤波器的类型和处理器的型号，电路设计包括信号采集，信号处理，量程判断，数据处理选择，显示等几个模块。本文先是讨论了工频干扰产生的原因，然后进行电路设计和各元件在电路中作用功能的说明。信号进入电路后，通过二阶滤波和运算放大器对信号进行初步处理，然后再进行转换器和DSP2812的信号处理，处理完成的信号输入触摸屏显示。关键词 工频干扰，DSP2812，数字滤波目 录
1 引言 1
1.1技术发展 1
2 方案讨论 5
2.1 数字滤波器选用 5
2.2 系统处理器选用 6
3 选频表系统硬件设计 8
3.1 系统硬件设计方案 8
3.2 系统硬件整体结构 8
3.3 电压分路信号采集模块 9
3.4 电流分路信号采集模块 9
3.5 信号处理模块 10
3.6 自动量程判断模块 12
3.7 数据处理选择模块 15
3.8 DMT10768T080_05WT触摸屏 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附件 25
1 引言
随着时代的发展和进步，人们现在无论是日常生活还是工业生产都离不开电力的支持，各行业的区别界限越来越模糊，电力系统也越来越复杂，结构越来越庞大，所以现在可以说已经是不折不扣的电气时代，但电力技术的急速发展，也暴露出很多的问题，比如工业生产当中的工频干扰，而在控制和测量的领域当中，工业生产的质量受到各种参数测量的影响,特别是一些超精密的仪表和仪器的测量中，对精度测量的要求极其严格，在现在的测量工作当中，测量装置往往在电源变压器或输电线路附近工作，信号采集的时候不可避免地会受到工频的干扰，这个时候就给获取精准信号工作增加了的难度[1]。
所以将工频干扰去除掉对于
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
时代，但电力技术的急速发展，也暴露出很多的问题，比如工业生产当中的工频干扰，而在控制和测量的领域当中，工业生产的质量受到各种参数测量的影响,特别是一些超精密的仪表和仪器的测量中，对精度测量的要求极其严格，在现在的测量工作当中，测量装置往往在电源变压器或输电线路附近工作，信号采集的时候不可避免地会受到工频的干扰，这个时候就给获取精准信号工作增加了的难度[1]。
所以将工频干扰去除掉对于现在各个领域的发展是非常有意义也是非常必要的，而选频表就能很好地做到去除干扰，本文讨论的是选频表的一种：基于数字滤波技术的工频选频表，它能够针对预定的特定频率的信号进行检测，滤除其它频率的干扰，从而准确有效的对被测信号进行检测。
1.1技术发展
工频干扰在电力电子进入我们现实生活的应用当中时就不可避免地存在了，而这种工频干扰往往对生活生产造成很大影响，为了消除工频干扰，各种技术也在不断发展，而现如今选频表技术的出现和发展已经可以对比较窄的带宽频率进行滤波和采集。多级变频滤波技术是传统选频表常用的技术，它的结构比较复杂，手动调节也是其不够方便的一点，窄带通带的宽度都有大约20Hz，所以测量精度也很不够，而采用离散 Fourier变换进行滤波，用合理的窗函数进行滤波，窄带滤波效果很容易就可以降低到几Hz[2]。尽管数字滤波技术也可以进行上述的工作，可是指定待测信号频率的时候易有偏差，这会导致处理后的中频信号频率可能与带通滤波器的中心频率不吻合，除非使用锁相技术，否则很难将带通滤波器的通频带频率控制得极低。由于出现上述的情况， DFT分析方法不需要指定精确的某一个频率，秩序指定一个大致的频率范围就可以测到该信号的电平且给出精确频率。
工频选频表是一种基础测量仪器，已有30多年的发展史，在工频选频表发展的早期，设计师们主要追求目标是测量工频频率，然后就是提高精度和稳定度，而这些成了人们衡量工频选频表的技术水平[3]，决定频率表价格的主要依据。目前这些基本技术也在不断地地完善，成熟中。应用现代技术可以轻松地将工频选频表的检测力度达到很高的精度。数字直接合成技术(DDS)在国际中也是公认的高水平技术，DDS技术有很高的水平使频率的稳定度大幅度提高并且技术性能也可以显著提高，同时使设备通用化、小型化。近来一些厂家最新研制 、生产的新型选频表就是用的这一技术。随着滤波技术的发展，滤波技术应用到选频表中，这样使选频表的发展又向前迈出了一大步。
1.1.1 滤波器的发展
目前广泛应用的有基于数字滤波和模拟滤波两种，现有各种电信设备的滤波需求，在我国，目前现有的滤波器技术和种类基本能适应当前所需要服务的频率的需求。无论是国外还是国内，无源滤波器的发展速度都要快一点，有源滤波器的发展要慢一点和迟一点，有源滤波器还没有进入大量生产和应用的阶段。可以从下面的数据比例看出上述情况：有一半的滤波器是LC滤波器，晶体滤波器占总体的五分之一，机械滤波器要少一点，是百分之十五，陶瓷滤波器百分之一，声表面滤波器也是百分之一，剩下的就是其它各类型的滤波器了[4]。从上面统计的应用比例来看，我国的电子产品还没有普遍实现大规模集成，滤波器的集成化还是我们现在急需攻克的难题。
所谓滤波器，有能力对信号进行处理的装置就可以说是滤波器。滤波器大量被应用在近代电信和各中控制系统当中；滤波器是所有的电子部件中，使用率最高，结构和技术都是最为复杂的电子部件。产品的好坏直接由滤波器的好坏决定，这是技术发展的关键一环，所以，滤波器的研究和生产渐渐被各国所重视。
1917年，世上第一个多通道复用系统在美国诞生，起因就是美国科学家研制出了第一个LC滤波器，同年在德国，科学家们也制作出了LC滤波器。1950年到1960年之间，无源滤波器作为一项科技技术，在生活实际的应用中已经变得越来越被广泛的应用了。从这往后，材料科学发展迅速，集成技术也在蓬勃发展，滤波器在许多方面都得到了提升：功能强低损耗，性价比高，小巧灵敏。到了70年代以后，体积小、功能多、精度高和稳定成了主要方向，这导致多种滤波器的飞速发展：数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器等[5]，上述滤波器相继问世，并被制成了单片集成电路，适用范围极广。1980年到1990年之间，滤波器技术进一步得到创新，提高了各种滤波器性能，并且让滤波器在生活当中变得更加常见了。从此以后一直到目前，科学家们对滤波器的研究主要就是实际使用。并且，直到目前为止，对滤波器本身的研究也任在不断地进行。
在我国，滤波器走进生活生产，已经是 50年代末了，而且当时主流滤波器就两种，一种是话路，一种是报路，这是国情使然，通讯和信息传递是当时迫切需要发展的。从50年代一直到现在，我国滤波器的研发、制造、生产和应用等方面已经渐渐跟上了国际发展的步伐，但专门的研制机构还是缺乏经验和技术，集成工艺、材料工业两个方面跟不上，使得我国在对许多新型滤波器的研制和应用上与国家发展水平还是存在一定的差距[6]。
1.1.2滤波器的分类
滤波器有很多不同的分类，分类方法也不统一，各滤波器交叉的分类方式也不少，这就导致同一种滤波器可以分到几个分类类别当中，
1 引言 1
1.1技术发展 1
2 方案讨论 5
2.1 数字滤波器选用 5
2.2 系统处理器选用 6
3 选频表系统硬件设计 8
3.1 系统硬件设计方案 8
3.2 系统硬件整体结构 8
3.3 电压分路信号采集模块 9
3.4 电流分路信号采集模块 9
3.5 信号处理模块 10
3.6 自动量程判断模块 12
3.7 数据处理选择模块 15
3.8 DMT10768T080_05WT触摸屏 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附件 25
1 引言
随着时代的发展和进步，人们现在无论是日常生活还是工业生产都离不开电力的支持，各行业的区别界限越来越模糊，电力系统也越来越复杂，结构越来越庞大，所以现在可以说已经是不折不扣的电气时代，但电力技术的急速发展，也暴露出很多的问题，比如工业生产当中的工频干扰，而在控制和测量的领域当中，工业生产的质量受到各种参数测量的影响,特别是一些超精密的仪表和仪器的测量中，对精度测量的要求极其严格，在现在的测量工作当中，测量装置往往在电源变压器或输电线路附近工作，信号采集的时候不可避免地会受到工频的干扰，这个时候就给获取精准信号工作增加了的难度[1]。
所以将工频干扰去除掉对于
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
时代，但电力技术的急速发展，也暴露出很多的问题，比如工业生产当中的工频干扰，而在控制和测量的领域当中，工业生产的质量受到各种参数测量的影响,特别是一些超精密的仪表和仪器的测量中，对精度测量的要求极其严格，在现在的测量工作当中，测量装置往往在电源变压器或输电线路附近工作，信号采集的时候不可避免地会受到工频的干扰，这个时候就给获取精准信号工作增加了的难度[1]。
所以将工频干扰去除掉对于现在各个领域的发展是非常有意义也是非常必要的，而选频表就能很好地做到去除干扰，本文讨论的是选频表的一种：基于数字滤波技术的工频选频表，它能够针对预定的特定频率的信号进行检测，滤除其它频率的干扰，从而准确有效的对被测信号进行检测。
1.1技术发展
工频干扰在电力电子进入我们现实生活的应用当中时就不可避免地存在了，而这种工频干扰往往对生活生产造成很大影响，为了消除工频干扰，各种技术也在不断发展，而现如今选频表技术的出现和发展已经可以对比较窄的带宽频率进行滤波和采集。多级变频滤波技术是传统选频表常用的技术，它的结构比较复杂，手动调节也是其不够方便的一点，窄带通带的宽度都有大约20Hz，所以测量精度也很不够，而采用离散 Fourier变换进行滤波，用合理的窗函数进行滤波，窄带滤波效果很容易就可以降低到几Hz[2]。尽管数字滤波技术也可以进行上述的工作，可是指定待测信号频率的时候易有偏差，这会导致处理后的中频信号频率可能与带通滤波器的中心频率不吻合，除非使用锁相技术，否则很难将带通滤波器的通频带频率控制得极低。由于出现上述的情况， DFT分析方法不需要指定精确的某一个频率，秩序指定一个大致的频率范围就可以测到该信号的电平且给出精确频率。
工频选频表是一种基础测量仪器，已有30多年的发展史，在工频选频表发展的早期，设计师们主要追求目标是测量工频频率，然后就是提高精度和稳定度，而这些成了人们衡量工频选频表的技术水平[3]，决定频率表价格的主要依据。目前这些基本技术也在不断地地完善，成熟中。应用现代技术可以轻松地将工频选频表的检测力度达到很高的精度。数字直接合成技术(DDS)在国际中也是公认的高水平技术，DDS技术有很高的水平使频率的稳定度大幅度提高并且技术性能也可以显著提高，同时使设备通用化、小型化。近来一些厂家最新研制 、生产的新型选频表就是用的这一技术。随着滤波技术的发展，滤波技术应用到选频表中，这样使选频表的发展又向前迈出了一大步。
1.1.1 滤波器的发展
目前广泛应用的有基于数字滤波和模拟滤波两种，现有各种电信设备的滤波需求，在我国，目前现有的滤波器技术和种类基本能适应当前所需要服务的频率的需求。无论是国外还是国内，无源滤波器的发展速度都要快一点，有源滤波器的发展要慢一点和迟一点，有源滤波器还没有进入大量生产和应用的阶段。可以从下面的数据比例看出上述情况：有一半的滤波器是LC滤波器，晶体滤波器占总体的五分之一，机械滤波器要少一点，是百分之十五，陶瓷滤波器百分之一，声表面滤波器也是百分之一，剩下的就是其它各类型的滤波器了[4]。从上面统计的应用比例来看，我国的电子产品还没有普遍实现大规模集成，滤波器的集成化还是我们现在急需攻克的难题。
所谓滤波器，有能力对信号进行处理的装置就可以说是滤波器。滤波器大量被应用在近代电信和各中控制系统当中；滤波器是所有的电子部件中，使用率最高，结构和技术都是最为复杂的电子部件。产品的好坏直接由滤波器的好坏决定，这是技术发展的关键一环，所以，滤波器的研究和生产渐渐被各国所重视。
1917年，世上第一个多通道复用系统在美国诞生，起因就是美国科学家研制出了第一个LC滤波器，同年在德国，科学家们也制作出了LC滤波器。1950年到1960年之间，无源滤波器作为一项科技技术，在生活实际的应用中已经变得越来越被广泛的应用了。从这往后，材料科学发展迅速，集成技术也在蓬勃发展，滤波器在许多方面都得到了提升：功能强低损耗，性价比高，小巧灵敏。到了70年代以后，体积小、功能多、精度高和稳定成了主要方向，这导致多种滤波器的飞速发展：数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器等[5]，上述滤波器相继问世，并被制成了单片集成电路，适用范围极广。1980年到1990年之间，滤波器技术进一步得到创新，提高了各种滤波器性能，并且让滤波器在生活当中变得更加常见了。从此以后一直到目前，科学家们对滤波器的研究主要就是实际使用。并且，直到目前为止，对滤波器本身的研究也任在不断地进行。
在我国，滤波器走进生活生产，已经是 50年代末了，而且当时主流滤波器就两种，一种是话路，一种是报路，这是国情使然，通讯和信息传递是当时迫切需要发展的。从50年代一直到现在，我国滤波器的研发、制造、生产和应用等方面已经渐渐跟上了国际发展的步伐，但专门的研制机构还是缺乏经验和技术，集成工艺、材料工业两个方面跟不上，使得我国在对许多新型滤波器的研制和应用上与国家发展水平还是存在一定的差距[6]。
1.1.2滤波器的分类
滤波器有很多不同的分类，分类方法也不统一，各滤波器交叉的分类方式也不少，这就导致同一种滤波器可以分到几个分类类别当中，
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