2021年全国大学生电子设计竞赛——信号失真度测量装置（A题）—

一、前言
之前已经弄好了基础的要求，决定使用频率来校准测量值，这里就涉及到一个问题是如何去得到信号的基波频率，并且发挥部分的一个要求是绘制出一个周期的完整波形，这个要求也需要我们去计算得到基波的频率，明确了目标之后我们就又开始了接下来的征程。

二、电赛第三日
首先我们开始对测量值进行校准，由于早上已经测量得到了很多的数据了，这些数据都是各次谐波的归一化幅值与信号频率的关系，我们把这些数据都录入到excel中去，将数据进行处理最终绘制出信号频率和误差绝对值的x-y图，通过添加x-y图的趋势线来进行拟合，然后把公式记录下来用于程序里面的数据校准。经过几个小时的测试和调整测量已经基本准确，但是最极端的情况就是100k频率下五次谐波的测量值测量不准确，由于我的采样频率正好是1M因此这个临界点位的测量是比较极限的，这个点的测量值波动比较随机校准比较困难。最后的测量结果是通过多次测量然后取平均的方式得到的，这样做的效果波动性会小很多，校准后的结果也比较精确，最终的效果也可以满足题目的要求。
接下来需要解决的就是显示一个周期波形的问题了，首先需要测量得到信号的频率，我的频率测量是通过FFT的计算结果得到的，我现在的FFT结果分辨率是1k，因此只需要找到信号分量最大的值对应的数组的位置即可，代码示意图如下， fre就是基波频率对应信号频率（当然前提是基波分量需要是最大的）。

float result[512];
float max;
int fre;
max = result[1];
fre = 1;
for (uint16_t i = 1; i < 500; i++) { /* 找出分量最大的位置 */if (max < result[i]) {max = result[i];fre = i;}
}

这样得到信号的频率之后就可以去显示信号的周期波形了，最简单的方法就是直接把测量的数据显示到屏幕上，我测了1000个点对应频率1k时的一个周期，频率10k就显示100个，以此类推即可。这样做的问题也很明显当频率越高的时候信号的测量点数越低，信号显示效果越差，对于这个问题当时想出的办法就是信号拟合。现在我已经成功测量出了信号的频率分量，可以通过sin函数来对信号进行合成，将信号的一二三四五次谐波叠加就可以直接还原出原始信号，代码示意如下，实际的效果也比较理想（当然所给的谐波分量与基波之间不能有相位差）。

float har2, har3, har4, har5; /* 2345次谐波的归一化幅值 */
float signal[1024];
for (i = 0; i < 1024; i++) {signal[i] = sin(2pi*i/1024) + har2*sin(2pi*i*2/1024) + har3*sin(2pi*i*3/1024) + har4*sin(2pi*i*4/1024) + har5*sin(2pi*i*5/1024);
}

自此就差一个手机上位机的部分未有实现，时间也来到的第三天的晚上，手机app的开发之前没有接触过，弄了一个晚上也没太搞明白就放弃了，使用了一个通用的蓝牙串口app来显示一些文字信息，放弃了波形显示功能。

三、电赛第四日
第四天的时间基本上就是对之前的代码进行了优化，比如之前提到过的自动调整代码不够好等问题。还有就是调整蓝牙通信的问题，由于使用的是蓝牙BLE，无法一次性传输很长的数据包，针对这一块进行了一定优化。同时也对显示界面进行了一些调整等等，最终第四天也是比较顺利的度过了，等待最后的装箱就结束了这次电赛之旅。

四、电路和代码下载
对代码有兴趣的点下面的链接下载，写这么多字请我喝杯水吧。

信号失真度测量装置（A题）电路的软件

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