摘要：以現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理、信息融合等理論為基礎(chǔ)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用為主線，深入研究了模擬電路的故障特征提取和故障診斷方法，用TMS320F2812對(duì)選定的待測(cè)電路在元件存在容差的條件下，實(shí)現(xiàn)了模擬電路軟故障診斷。驗(yàn)證了使用DSP實(shí)現(xiàn)模擬電路故障診斷系統(tǒng)的可行性。
關(guān)鍵詞：模擬電路；故障診斷；DSP；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

0 引言
    隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，電路規(guī)模和結(jié)構(gòu)日趨功能化和模塊化。研究如何運(yùn)用現(xiàn)代診斷技術(shù)從大規(guī)模容差電路中準(zhǔn)確地診斷出存在故障的元件，是實(shí)際工程迫切需要解決的課題，也是模擬電路故障診斷理論和方法走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵步驟之一。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 待測(cè)電路
    待測(cè)電路如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
    先由DSP產(chǎn)生診斷所需頻率的激勵(lì)源，在被測(cè)電路的可及點(diǎn)中選取合適的測(cè)試點(diǎn)，并將信號(hào)濾波、整定后送入ADC進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀入存儲(chǔ)器中作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，確定故障元件，之后在LCD顯示器和PC機(jī)上同時(shí)顯示故障元件。系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

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1．3 激勵(lì)源的產(chǎn)生
    首先由DSP產(chǎn)生4路所需頻率的PWM信號(hào)，再經(jīng)搭建的4路濾波電路濾出所需頻率的正弦信號(hào)。
1．3．1 頻率為10 kΩ時(shí)PWM波形部分程序
  
 
1．3．2 濾波電路
    本文濾波電路采用以傳遞函數(shù)為對(duì)象的直接設(shè)計(jì)法，按給定的設(shè)計(jì)要求，選定濾波器的類(lèi)型為巴特威型；考慮到濾波的效果和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，本文將一階低通濾波器和二階低通濾波器級(jí)聯(lián)，設(shè)計(jì)出一個(gè)三階低通濾波器，如圖3所示。通過(guò)參數(shù)計(jì)算和實(shí)際調(diào)試，得到所需頻率的低通濾波器，進(jìn)行電路仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。

1．4 信號(hào)整理電路
    由于ADC只能接受0～3 V的輸入，所以必須對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，本文使用如下電路。運(yùn)放采用LF353，它的特點(diǎn)是輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)測(cè)試比較適合。

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1．5 數(shù)據(jù)采集模塊程序流程
    數(shù)據(jù)采集模塊主要用于實(shí)現(xiàn)固定采樣頻率下對(duì)4種頻率的正弦信號(hào)進(jìn)行采集。基本流程是：
    (1)系統(tǒng)寄存器初始化；
    (2)設(shè)定ADC模塊的控制和狀態(tài)以及要采樣的通道數(shù)和模式；
    (3)開(kāi)啟ADC轉(zhuǎn)換；
    (4)ADC轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生ADC中斷，進(jìn)入中斷子程序完成多通道的一次巡回采樣，對(duì)采集完的數(shù)據(jù)代入數(shù)字濾波計(jì)算函數(shù)；
    (5)主程序不停等待；
    (6)判斷一幀樣本是否采集結(jié)束；
    (7)如果否，則繼續(xù)等待；
    (8)如果是，關(guān)閉ADC，返回。
1．6 數(shù)字濾波設(shè)計(jì)
    基于FIR濾波器的數(shù)字濾波能在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到有嚴(yán)格的線性相位特性，故采用FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波。本文通過(guò)ADC模塊采集被測(cè)電路輸出的正弦信號(hào)，并對(duì)該采樣值進(jìn)行FIR濾波后，送神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
1．7 軟件總體設(shè)計(jì)
    程序分三部分，一部分為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)程序，在PC機(jī)上運(yùn)行，編程語(yǔ)言采用Matlab，最后得到所訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)參數(shù)，將此參數(shù)輸入DSP，由此進(jìn)入軟件的第二部分。軟件的第二部分在DSP上實(shí)現(xiàn)，編程語(yǔ)言采用C和匯編語(yǔ)言。首先將DSP產(chǎn)生的多種頻率的PWM信號(hào)經(jīng)前面搭建的濾波電路得到所需頻率的正弦信號(hào)，作為被測(cè)電路的激勵(lì)源。讀入A／D轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)編寫(xiě)數(shù)字濾波程序處理，然后程序依照第一部分所得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行程序運(yùn)算，從而得到被測(cè)電路的故障元件代碼。軟件第三部分為故障代碼顯示部分，將第三部分得到的故障代碼送LCD顯示，同時(shí)送PC機(jī)顯示。
1．8 診斷結(jié)果
    實(shí)際測(cè)試結(jié)果分析如下：在計(jì)算實(shí)際輸出時(shí)，權(quán)值和閾值是采用仿真得到的數(shù)據(jù)。實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)是對(duì)被測(cè)電路通過(guò)TMS320F2812的A／D模塊采集得到的，使得兩者數(shù)據(jù)存在一定的偏差，人為設(shè)置幾個(gè)故障，系統(tǒng)能夠較好地識(shí)別故障。模擬電路故障診斷系統(tǒng)如圖5所示。

2 結(jié)語(yǔ)
    提出了DSP實(shí)現(xiàn)模擬電路診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路，并對(duì)各個(gè)功能模塊提出了實(shí)現(xiàn)的策略，最后驗(yàn)證了使用DSP實(shí)現(xiàn)模擬電路故障診斷系統(tǒng)的可行性。