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当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。 DSP优点：
（1）对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小； （2）容易实现集成；
（3）可以时分复用，共享处理器；
（4）方便调整处理器的系数实现自适应滤波；
（5）可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；
（6）可用于频率非常低的信号。 2.5.1DSP简介
在众多款型DSP中，TI把市场销量好和前景看好的DSP归为三大系列而大力推广，TI也称之为三个平台（Platform）。
TMS320C6000平台，包含定点C62x和C64x以及浮点C67x。其追求的是至高性能，最近新推出的芯片速度高达1GHZ，适合宽带网络、图像、影像、雷达等处理应用。
TMS320C5000平台，包含代码兼容的定点C54x和C55x。其提供性能、外围设备、小型封装和电源效率的优化组合，适合便携式上网、语音处理及对功耗有严格要求的地方。 DSP的传统设计往往是采取主从式结构：在一块电路板上，DSP做从机，负责数字信号处理运算；外加一块嵌入式微处理器做主机，来完成输入、控制、显示等其他功能。为此，TI专门推出了一款双核处理器OMAP，包含有一个ARM和一个C5000系列DSP，OMAP处理器把主从式设计在芯片级上合二为一，一个典型的应用实例为诺基亚手机。
TMS320C2000平台，包含16位C24xx和32位C28xx的定点DSP。C24xx系列市场销量很好，而对C28xx系列，TI认为很有市场潜力而大力推广。C2000针对控制领域做了优化配置，集成了了众多的外设，适合逆变器、马达、机器人、数控机床、电力等应用领域。
由于C2000定位在控制领域，其包含了大量片内外设，如IO、SCI、SPI、CAN、A/D等等。这样C2000既能作为快速微控制器（单片机）来控制对象，也能作为DSP来完成高速数字信号处理，DSP的高性能与通用微控制器的方便性紧密结合在一起，所以C2000也常被称为DSP控制器。这里 C2000采用的是与OMAP不同的途径简化了主从式设计。
在工业控制和家电领域中，一个比较大的市场是变频器（一种电动机控制器）和不间断电源UPS。二者在电路结构上基本一致，都是整流+滤波+桥式逆变结构，控制上都是采用脉冲宽度调制（PWM）控制。C2000为此专门设计了能产生PWM的事件管理器（EV），用户可以方便地用来生成PWM，调节死区等。一个典型的应用实例为AB公司变频器（电 机控制器）。事实上绝大多数电机控制，包括步进电机，都是采用PWM控制，都适合采用DSP C2000控制，可获得更好的细分、速度与精度。 2.5.2DSP未来发展
(1)数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、
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特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的ADSP-2116x。ADSP产品
(2)DSP和微处理器的融合：微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。例如，有多个处理器的Motorola公司的DSP5665x，有协处理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能扩展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的产品。互联网和多媒体的应用需要将进一步加速这一融合过程。
(3)DSP和高档CPU的融合：大多数高档GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高档CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。
(4)DSP和SOC的融合：SOCSOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP 和系统接口软件等。比如Virata公司购买了LSI Logic公司的ZSP400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如USB、10BASET、以太网、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，应用在xDSL上，得到了很好的经济效益。因此，SOC芯片近几年销售很好，由1998年的1.6亿片猛增至1999年的3.45亿片。1999年，约39%的SOC产品应用于通讯系统。今后几年，SOC将以每年31%的平均速度增长，到2004年将达到13亿片。毋庸置疑，SOC将成为市场中越来越耀眼的明星。
(5)DSP和FPGA的融合：FPGA是现场编程门阵列器件。它和DSP集成在一块芯片上，可
实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA对快速傅立叶变换(FFT)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供编程。Xilinx公司开发出一种称作Turbo卷积编译码器的高性能内核。设计者可以在FPGA中集成一个或多个Turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3G)WCDMA无线基站和手机的需要，同时大大WCDMA无线基站节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用。 2.6 小波分析
断路器在分合闸操作中所产生的振动信号是一系列无规则的信号量，这些振动信号中还会夹杂着各种各样的噪声干扰和随机振动。断路器的机械振动信号是典型的带有噪声的非平稳信号，分析比较困难。传统的机械振动信号处理方法采用傅立叶变换进行分析，基于傅立叶变换的FFT频谱分析在全频域范围内分辨率理论上可达无穷大，但时域分辨率为零，因此不适合对非平稳信号进行分析。小波变换具有“变焦”的特点和良好
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的时频局部化特性，可以把信号在空间和频域上局部化。近年来，小波分析在电力系统故障诊断、信号消噪等方面得到广泛的应用。实践证明，利用小波变换分析振动信号能取得更好的效果。 2.6.1小波分析的历史
小波变换的概念是由法国从事石油信号处理的工程师J.Morlet在1974年首先提出的，通过物理的直观和信号处理的实际需要经验的建立了反演公式，当时未能得到数学家的认可。正如1807年法国的热学工程师J.B.J.Fourier提出任一函数都能展开成三角函数的无穷级数的创新概念未能得到著名数学家J.L.Lagrange，P.S.Laplace以及A.M.Legendre的认可一样。幸运的是，早在七十年代，A.Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究为小波变换的诞生做了理论上的准备，而且J.O.Stromberg还构造了历史上非常类似于现在的小波基；1986年著名数学家Y.Meyer偶然构造出一个真正的小波基，并与S.Mallat合作建立了构造小波基的同意方法枣多尺度分析之后，小波分析才开始蓬勃发展起来，其中比利时女数学家I.Daubechies撰写的《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》对小波的普及起了重要的推动作用。它与Fourier变换、窗口Fourier变换（Gabor变换）相比，这是一个时间和频率的局域变换，因而能有效的从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（Multiscale Analysis），解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题，从而小波变化被誉为“数学显微镜”，它是调和分析发展史上里程碑式的进展。
小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域，经过近10年的探索研究，重要的数学形式化体系已经建立，理论基础更加扎实。与Fourier变换相比，小波变换是空间(时间)和频率的局部变换，因而能有效地从信号中提取信息。通过伸缩和平移等运算功能可对函数或信号进行多尺度的细化分析，解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题。小波变换联系了应用数学、物理学、计算机科学、信号与信息处理、图像处理、地震勘探等多个学科。数学家认为，小波分析是一个新的数学分支，它是泛函分析、Fourier分析、样调分析、数值分析的完美结晶；信号和信息处理专家认为，小波分析是时间—尺度分析和多分辨分析的一种新技术，它在信号分析、语音合成、图像识别、计算机视觉、数据压缩、地震勘探、大气与海洋波分析等方面的研究都取得了有科学意义和应用价值的成果。 2.6.2小波分析方法
小波分析的应用是与小波分析的理论研究紧密地结合在一起地。现在，它已经在科技信息产业领域取得了令人瞩目的成就。电子信息技术是六大高新技术中重要的一个领域，它的重要方面是图像和信号处理。现今，信号处理已经成为当代科学技术工作的重要部分，信号处理的目的就是：准确的分析、诊断、编码压缩和量化、快速传递或存储、精确地重构（或恢复）。从数学地角度来看，信号与图像处理可以统一看作是信号处理（图像可以看作是二维信号），在小波分析地许多分析的许多应用中，都可以归结为信
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号处理问题。现在，对于其性质随时间是稳定不变的信号，处理的理想工具仍然是傅立叶分析。但是在实际应用中的绝大多数信号是非稳定的，而特别适用于非稳定信号的工具就是小波分析。 2.6.3小波分析的应用
（1）信号的滤波
小波滤波方法目前在分析化学中应用主要是小波平滑和小波去噪两种方法。小波平滑是将某一信号先经小波分解，将在时间域上的单一信号分解为一系列不同尺度上的小波系数(也称不同频率上的信号)， 然后选定某一截断尺度，使高于此尺度的小波系数全部为零，再重构信号，这样就完成了一个低通小波滤波器的设计；而小波去噪，则是在小波分解基础上选定一阈值，对所有尺度空间的小波系数进行比较，使小于此阈值的小波系数为零，然后重构信号。
（2）信号小波压缩
信号经小波分解之后，噪音信号会在高频部分出现，而对于有用的信号分量大部分在低频部分出现，据此可以将高频部分小波系数中低于某一阈值的系数去除，而对其余系数重新编码，只保留编码后的小波系数，这样可大大减少数据贮存量，达到信号压缩的目的。
（3）小波多尺度分析
在多尺度分析方面的应用主要是对化学电信号进行小波分解，使原来单一的时域信号分解为系列不同频率尺度下的信号，然后对这些信号进行分析研究。小波在色谱信号处理方面的应用，主要是对重叠色谱峰的解析。 2.6.4MATLAB与小波分析
MATLAB意即矩阵实验室，是一种建立在向量、数组和矩阵基础上，面向科学与工程计算的高级语言，它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理于一体，具有极高的编程效率。从7O年代中期开始， 经Cleve Moler等研究开发了调用LINPACK和EISPACK的FORTRAN子程序库，Cleve Moler编写了方便使用LINPACK和EISPACK的接口程序，并把这个接口程序取名为MATLAB，1983年春，Johr．Little和Moler、Steve、Banqert一起合作开发第二代专业版的MATLAB，MATL B的核心开始用C语言编写， 同时增加了绘图和图形功能。1984年，MATLAB公司成立并出了MATLAB最初版本。之后，1992年、1993年、1994年、1997年相继推出了MATL B4．0版、微机版和Windows版、MATLAB4．2版、适用于Windows95的MAT_LAB5．0和SIMULINK2．0，它实现了32位运作，数值计算的速度也更快，图形表现更丰富有效，编程更简捷直观，用户界面更友好。2000年l0月、2002年8月Mathworks公司进一步推出了MA ⅡAB6．0版、MATLAB6．5版已经开始发布了。每一次版本的推出都使MATLAB有了长足的进步，界面越来越友好，内容越来越丰富．功能越来越强大。
现在，MATLAB有30多个工具箱(TOOLBOX)功能极其强大，如神经网络、优化、小波
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分析、信号、图像处理、控制系统、偏微分方程、模糊逻辑、统计分析、样条、系统辨识等，为科学研究和工程计算提供了一个方便有效的工具。
MATLAB具有超强的数据处理能力，被广泛的应用于信号处理、自动控制等领域，而且它的图形用户界面编程技术(GUIDE)简单易学，即使非专业人员也能编制出界面友好、功能强大的应用程序。 2.7 总体方案设计
系统测试如图2-3所示，当永磁机构工作时，产生的振动信号通过加速度传感器、信号调理电路、A/D转换电路、串行异步通信电路后进入PC机，利用MATLAB进行小波分析，同时存储并画出频谱图，通过观察振幅最大处的频率就可以观察振动物体运行情况。
图2-3 测试系统原理框图
本系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括加速度传感器、信号调理、积分放大电路、A/D转换电路、信号处理及数据传输电路。加速度传感器输出的信号一般在0.1～0.2mV左右，经过信号调理放大电路后，输出到A/D转换电路，由A/D完成模拟量信号到数字信号的转换。软件由两部分组成：一是数据采集，数据采集时利用A/D的定时触发采样，并将采样后的数值存储在某个数据文件中；二是数据处理、图形选择和显示。从数据文件中读出数据，在时域图形上显示。用户可以在时域数据基础上作小波变换变换，并显示频谱图。