本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè),對(duì)于機(jī)械的安全運(yùn)行和提高設(shè)備利用率有重大意義。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要手段,開發(fā)出一種滿足多通道、高速度、高精度的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是目前發(fā)展的一個(gè)重要方向。本文在了解了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,鑒于DSP單線程運(yùn)行,無(wú)法提高采樣速度的情況,提出了一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案。 本文首先根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求利用Protel99SE軟件進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計(jì),主要由FPGA模塊、SDRAM模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵相信號(hào)模塊、以太網(wǎng)模塊、電源模塊和晶振復(fù)位模塊組成。并且通過(guò)了PCB板的制作焊接和相關(guān)模塊的調(diào)試工作。在完成硬件制作的前提下,利用FPGA的并行處理能力以及NIOS II軟核的自定義指令和自定義外設(shè)功能,采用高速硬實(shí)時(shí)的可編程FPGA模塊和軟實(shí)時(shí)的嵌入式處理器的結(jié)合方式,完成了鍵相信號(hào)處理程序、A/D采樣程序和以太網(wǎng)通信程序的設(shè)計(jì)并且通過(guò)Modelsim軟件進(jìn)行了程序仿真。實(shí)際信號(hào)測(cè)量結(jié)果表明,基于FPGA的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠達(dá)到十六通道,高速采樣的要求,可以對(duì)諸如工業(yè)汽輪機(jī)、儲(chǔ)能飛輪等每分鐘轉(zhuǎn)速在萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 同時(shí)對(duì)于一些信號(hào)處理方法如FIR濾波,快速傅里葉變換算法進(jìn)行了介紹和探討。利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)了一個(gè)低通濾波器,實(shí)現(xiàn)了濾波去噪的功能；利用FPGA自帶的FFT IP核,將其例化入SOPC,實(shí)現(xiàn)了快速傅里葉變換算法。
【關(guān)鍵詞】：FPGA 高速 旋轉(zhuǎn)機(jī)械 自定義指令
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP274.2;TH113.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)12-13
• 1.3 本文主要工作介紹13-14
• 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)14-17
• 2.1 FPGA與DSP的比較14
• 2.2 FPGA的簡(jiǎn)介14-15
• 2.3 系統(tǒng)方案15-17
• 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)17-34
• 3.1 FPGA模塊17-20
• 3.1.1 FPGA主芯片介紹17-18
• 3.1.2 FPGA的配置18-20
• 3.2 SDRAM存儲(chǔ)器模塊20-22
• 3.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊22-25
• 3.4 鍵相信號(hào)處理模塊25-26
• 3.5 以太網(wǎng)接口模塊26-27
• 3.5.1 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介26
• 3.5.2 以太網(wǎng)接口電路26-27
• 3.6 電源模塊27-28
• 3.7 晶振電路和復(fù)位電路28-29
• 3.8 印刷電路板(PCB)的繪制29-31
• 3.9 硬件的調(diào)試31-33
• 3.10 本章小結(jié)33-34
• 第四章 NIOS Ⅱ系統(tǒng)開發(fā)34-64
• 4.1 NIOS Ⅱ系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)軟件簡(jiǎn)介34-35
• 4.1.1 Quartus Ⅱ34
• 4.1.2 SOPC Builder34
• 4.1.3 NIOS Ⅱ IDE34-35
• 4.1.4 Modelsim35
• 4.2 NOIS Ⅱ處理器開發(fā)流程35-38
• 4.2.1 硬件開發(fā)流程36-37
• 4.2.2 軟件開發(fā)流程37-38
• 4.3 振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)38-44
• 4.3.1 鍵相信號(hào)處理程序設(shè)計(jì)39
• 4.3.2 采樣程序設(shè)計(jì)39-42
• 4.3.3 以太網(wǎng)通信程序設(shè)計(jì)42-43
• 4.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果43-44
• 4.4 信號(hào)處理44-61
• 4.4.1 自定義指令44-48
• 4.4.2 FIR濾波的實(shí)現(xiàn)48-57
• 4.4.3 FFT算法的實(shí)現(xiàn)57-61
• 4.5 NIOS Ⅱ系統(tǒng)開發(fā)的問題探討61-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 總結(jié)64
• 5.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 作者簡(jiǎn)歷69

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