基于FPGA的便攜式振動頻譜分析儀的設(shè)計.pdf

1、該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術(shù)，設(shè)計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障監(jiān)測和診斷。以SOPC技術(shù)為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特點是將對ADC的控制、數(shù)字信號的濾波、快速傅立葉變換的設(shè)計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機(jī)械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動機(jī)類的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，這類設(shè)備的異常振動往往會影響正常工作，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)

2、各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發(fā)動機(jī)、齒輪箱等旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動頻譜分析和監(jiān)測，運用于民用機(jī)械能產(chǎn)生非常好的經(jīng)濟(jì)效益。 該論文從四個方面進(jìn)行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進(jìn)行控制，使其在規(guī)定的時間內(nèi)與DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對ADC各引腳時序進(jìn)行控制，使兩者協(xié)調(diào)同步工作，編制了相應(yīng)的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設(shè)計開發(fā)，實現(xiàn)了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應(yīng)的C

3、/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設(shè)計產(chǎn)生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進(jìn)行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進(jìn)行DSP模塊設(shè)計，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統(tǒng)中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調(diào)用。其四，在NIOS Ⅱ系統(tǒng)中添加了uC/OS Ⅱ操作系統(tǒng)，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)升級的能力。由于整個設(shè)計是