[zi4rox 0]

ATMega16 управляет внешним АЦП TLV1570 по встроенному SPI и пытаемся оцифровать гармонический сигнал с частотами до 20кгц.

 

Немного о TLV1570 - 8ми канальный 10ти разрядный последовательный АЦП 1.25MSPS. Входные напряжения: 0 .. 5В

 

По теореме Котельникова, частота дискретизации: Fдиcкр > 2Fmax

В моём случае 2Fmax = 40кГц, а частота дискретизации АЦП по даташиту считается так: Fдискр = 1/16*Fsclk (на каждую выборку нужно передать 2 байта) (в обвязке к ATMega стоит резонатор на 16МГц, при настройках SPI получил: Fsclk = 4Mhz ) => Fдиск = 1\16*4Mhz = 250кГц

 

Т.е. мы укладываемся с головой. Частота дискретизации 250 кГц, а сигнал 20кГц

 

Код прошивки такой:

while (1) {     
for (i=0;i<100;i++) {     
ADC_CS = 0;
adc_result_hi[i] = spi(0x00);
adc_result_low[i] = spi(0x60);   
ADC_CS = 1;       
}               

for (i=0;i<100;i++){
putchar(adc_result_hi[i]);        
putchar(adc_result_low[i]);        
}
}

* я сначала собираю отсчеты по 100 точек и сохраняю их в буффер, а затем отправляю по UART на COM порт в ПК. (так быстрее производительность, т.к. отправка по уарту занимает значительное время)

 

Просимулировал этот код в VMLAB, получил следующие тайминги:

 

 

С учетом всех погрешностей на запись в переменные и т.п - получил, что снятие одного отсчета займет 10мкс - т.е. частота дискретизации 100кГц - все равно укладываемся.

 

Итак, на практике вот что я получаю:

 

Оцифровка сигнала частотой 10кГц амплитуда около 1В:

Здесь около 10ти точек на период. Качество оцифровки неудовлетворительное.

 

Сразу же в настройках SPI выставил галочку SCLK x2 Rate - т.е. удвоили частоту тактирующего импульса (я предполагал что и качество оцифровки увеличится в 2 раза)

 

Вот как получилось с этой настройкой:

Оцифровка сигнала частотой 10кГц амплитуда около 1В (SPI SCLK x2 rate):

Получилось 13 точек на период - совсем небольшой прирост =(

 

Мучил код, пробывал и так и сяк, симулировал.

Вот как получается, если после получения отсчета от АЦП - сразу выплевывать его на UART:

while (1) {     

ADC_CS = 0;        
putchar(spi(0x00));
putchar(spi(0x60));
ADC_CS = 1;     

}

Совсем не так как хотелось бы.

 

* Сигнал с меньшей частотой оцифровывает прелестно. Вот пример оцифровки синуса с частотой 1кГц:

Здесь меня всё устраивает. Около 90 точек на период. Качество отличное

 

Прошу помощи - оцифровкой занимаюсь в первый раз, как быть, вроде бы всё правильно - а на деле выходит совсем не то. Возможно код можно ещё как то более оптимизировать, или ещё где ошибку сделал? Прошу совета.

[Petka 0]

...

Т.е. мы укладываемся с головой. Частота дискретизации 250 кГц, а сигнал 20кГц

...

 

На вид все картинки у вас правильные. Разве что иногда у вас теряются отсчёты (видно на второй картинке "синуса").

[Dx! 0]

То вам "Fдиcкр > 2Fmax" А то 10 точек на период мало 8) Тогда и считайте частоту, отталкиваясь от минимально количества этих самых точек 8) Эти десять точек на период в 10КГц синусоиды.... уже 100Кгц дискретизации.

 

Мне собственно непонятно - что вам не нравится.

 

На вид все картинки у вас правильные. Разве что иногда у вас теряются отсчёты (видно на второй картинке "синуса").

Это имхо не потеря, а места склейки семплов по 100 точек.

Изменено 23 мая, 2009 пользователем Dx!

[Petka 0]

Это имхо не потеря, а места склейки семплов по 100 точек.

ага. похоже на то.

[zi4rox 0]

Да, сейчас тоже пересчитал - получается что ацп правильно работает - и там получается 10 точек на период. Буду пытаться увеличить частоту дискретизации каким то образом.

 

Непонятно пока - сколько этих точек на период в среднем необходимо для более менее верной оцифровки? Или это определяется исходя из личных условий задачи? Вы как считаете?

[Petka 0]

Непонятно пока - сколько этих точек на период в среднем необходимо для более менее верной оцифровки? Или это определяется исходя из личных условий задачи? Вы как считаете?

Верной для чего?

Чтобы измерить частоту? Амплитуду? С какой точностью?

P.S.

В хороших цифровых осциллографах частоту дискретизации выбирают в 10 раз большую, чем максимальная наблюдаемая. В дешёвых от 2х раз. Правда там ещё дополнительно применяют цифровую интерполяцию. Для наблюдения синуса достаточно хорошо подходит "sin(x)/x correction".

[zi4rox 0]

Измерять нужно амплитуду. Про цифровую интерполяцию интересно! Пойду искать информацию по этой теме, спасибо за идею.

 

* Если кто нибудь знает хорошую ссылку на алгоритм/или мат. описание интерполяции sinc(x) прошу поделится

Изменено 24 мая, 2009 пользователем zi4rox

[smac 0]

Измерять нужно амплитуду. Про цифровую интерполяцию интересно! Пойду искать информацию по этой теме, спасибо за идею.

 

* Если кто нибудь знает хорошую ссылку на алгоритм/или мат. описание интерполяции sinc(x) прошу поделится

Если измерять нужно амплитуду, то не обязательно оцифровывать синус, можно взять пиковый детектор, оцифровывать его выход и сразу получать амплитуду сигнала. Правда, наверняка у вас задача не только амплитуду измерять.

[zi4rox 0]

Пытаюсь сделать интерполяцию синком - не получается немного ...

 

Вот формула, для восстановления сигнала:

 

 

x(t) - исходный сигнал

Fmax - частота сигнала, пусть Fmax = 1000 Гц

dt = 1/2Fmax (отсчеты идут через этот интервал времени) dt = 1/2*1000 = 0.0005

 

При это допустим что ацп выдает нам 13 отсчетов сигнала на период. Сам же период T = 1/f = 0.001. Вот на интервале времени в 1 период я и хочу восстановить сигнал. Тогда суммирование будет идти от n=0 до n=2Fmax*T=2000*0.001=2 // Всего 2 отсчета будет использоваться, а не все 13? //

 

s(n*dt) - это как раз сами отсчеты которые у меня есть.

 

// Это массив с отсчетами, которые у меня есть за 1 период

data_01[0]:= 1.10929;
data_01[1]:= 1.02396;
data_01[2]:= 0.85501;
data_01[3]:= 0.54537;
data_01[4]:= 0.31164;
data_01[5]:= 0.08533;
data_01[6]:= 0.02226;
data_01[7]:= 0.09275;
data_01[8]:= 0.26341;
data_01[9]:= 0.56763;
data_01[10]:= 0.81249;
data_01[11]:= 1.0388;
data_01[12]:= 1.09445;

...

//константы, что обговорили выше:
f_max:=1000;
dt:= 0.0005;
x:= 0.0004;

// вычисление значения восстановленного сигнала x(t) в точке x

  for n:=0 to 2 do begin
    buff:= data_01[n]*sin(2*3.14*f_max*(x-n*dt))/(2*3.14*f_max*(x-n*dt));
    result:= result+buff;
  end;

 

Я получаю 1,0849 - довольно близкий отсчет. Пробую строить сам график, беру 100 точек интерполяции с шагом в 0.0004

 

for j:=1 to 100 do begin
  result:=0; // обнуляю результат вычисления для каждой новой точки
  dx:= j*0.0004; // шаг восстановления: 0.0004, 0.0008, 0.0016 и.т.д.

  for n:=0 to 2 do begin
    buff:= data_01[n]*sin(2*3.14*f_max*(dx-n*dt))/(2*3.14*f_max*(dx-n*dt));
    result:= result+buff;
  end;

  // И добавляю вычесленную точку на график (x,y)
  Series2.AddXY(dx,result,'',clRed);

 

В результате получаю вот такую картинку:

 

синк он мне рисует ... но это не восстановленный сигнал. Как я понял - тут должна быть сумма синков - и тогда образуется нужное.

Или я ошибаюсь? Помогите пожалуйста разобраться, а то голова кругом уже

[zi4rox 0]

Всё, вроде разобрался - нужно быть более аккуратным при подборе коэффициентов. Сигнал действительно можно восстановить с любой точностью, для гармонического сигнала - ещё можно и форму подсгладить.

 

* на рисунку 250 точек на период - это число может быть теоретически любым

 

Всем спасибо кто помогал!

Изменено 27 мая, 2009 пользователем zi4rox

[GeorgyBey 0]

Измерять нужно амплитуду. Про цифровую интерполяцию интересно!

Если измерять амплитуду - можно сделать аналоговый дифференциатор, т.е. брать первую производную от вашего синуса, получится косинус.

Моменты перехода косинуса через 0 будут соответствовать амплитуде синуса. Компаратор контроллера ловит переход косинуса из 0(минус обрезан, понятное дело) в + и запускает замер АЦП. При спаде из + в 0 можно замерять нижнюю амплитуду.

Может в перерывах успеет в комп согнать ин-фу?