2021电赛A题_信号失真度测量装置1

在2021年的全国大学生电子设计竞赛中，参赛队伍设计了一款名为“信号失真度测量装置1”的设备，该装置主要用于精确测量信号的失真程度，特别是总谐波失真度（THD）。这款装置的核心是采用了德州仪器（TI）公司的MSP432P401R微控制器，这是一款功能强大的单片机，适用于各种实时控制和测量应用。 信号预处理电路是系统的关键部分，它包括ADC前置电路和过零比较电路。ADC前置电路的作用是对输入信号进行放大和抬升，确保微控制器的模拟数字转换器（ADC）能够准确地捕捉到信号的细微变化。过零比较电路则将连续的信号转换为脉冲宽度调制的矩形波，使得单片机可以更容易地识别信号的周期，这对于计算频率至关重要。 供电电路采用了LM7805和LM7905线性稳压芯片，分别提供正负稳定的电源电压，确保整个系统的稳定运行。蓝牙模块被集成到设计中，用于无线地将测量数据传输至智能手机，便于用户实时查看和记录。 系统启动简单，只需通过按键即可开始测量。在测量过程中，首先测定信号的频率，根据频率选择合适的采样频率，以获取最佳的频率分辨率。然后，利用快速傅里叶变换（FFT）对信号进行分析，计算THD。测量结果不仅在OLED屏幕上显示，还可以同步到用户的手机，增强了用户体验。 在理论分析部分，THD的计算涉及到信号的谐波成分分析。采样点数的选择直接影响到FFT的精度，必须确保足够的点数来准确反映信号的频谱特性。采样频率依据奈奎斯特定理，需大于信号最高频率的两倍，以避免混叠现象。ADC与DMA（直接内存访问）传输的配合使用，可以实现高效的数据读取，减轻CPU负担，提高系统的响应速度。 硬件设计方面，系统采用模块化结构，主要包括微控制器模块、信号预处理模块、电源模块和蓝牙通信模块。软件设计则涉及ADC采样、FFT计算、频率检测和数据显示等多方面的程序编写，需要合理安排任务调度，优化代码效率。 这个信号失真度测量装置结合了MSP432P401R单片机的强大性能和精心设计的硬件电路，以及有效的软件算法，实现了对信号失真度的精确测量，并通过蓝牙技术实现了与移动设备的交互，为实际应用提供了便利。其设计思路清晰，理论基础扎实，是电子设计领域的一个优秀实践案例。