本文關鍵詞：基于FPGA的高速旋轉機械振動數(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】：旋轉機械的振動監(jiān)測,對于機械的安全運行和提高設備利用率有重大意義。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是旋轉機械振動監(jiān)測的一個重要手段,開發(fā)出一種滿足多通道、高速度、高精度的振動監(jiān)測系統(tǒng)是目前發(fā)展的一個重要方向。本文在了解了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上,鑒于DSP單線程運行,無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軟件進行了硬件電路的設計,主要由FPGA模塊、SDRAM模塊、A/D轉換模塊、鍵相信號模塊、以太網(wǎng)模塊、電源模塊和晶振復位模塊組成。并且通過了PCB板的制作焊接和相關模塊的調(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功能,采用高速硬實時的可編程FPGA模塊和軟實時的嵌入式處理器的結合方式,完成了鍵相信號處理程序、A/D采樣程序和以太網(wǎng)通信程序的設計并且通過Modelsim軟件進行了程序仿真。實際信號測量結果表明,基于FPGA的振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠達到十六通道,高速采樣的要求,可以對諸如工業(yè)汽輪機、儲能飛輪等每分鐘轉速在萬轉以上的旋轉機械實現(xiàn)實時監(jiān)測。 同時對于一些信號處理方法如FIR濾波,快速傅里葉變換算法進行了介紹和探討。利用窗函數(shù)法設計了一個低通濾波器,實現(xiàn)了濾波去噪的功能；利用FPGA自帶的FFT IP核,將其例化入SOPC,實現(xiàn)了快速傅里葉變換算法。
【關鍵詞】：FPGA 高速 旋轉機械 自定義指令
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 振動監(jiān)測發(fā)展趨勢12-13
• 1.3 本文主要工作介紹13-14
• 第二章 系統(tǒng)方案設計14-17
• 2.1 FPGA與DSP的比較14
• 2.2 FPGA的簡介14-15
• 2.3 系統(tǒng)方案15-17
• 第三章 硬件電路的設計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存儲器模塊20-22
• 3.3 A/D轉換模塊22-25
• 3.4 鍵相信號處理模塊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33-34
• 第四章 NIOS Ⅱ系統(tǒng)開發(fā)34-64
• 4.1 NIOS Ⅱ系統(tǒng)設計開發(fā)軟件簡介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 振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設計38-44
• 4.3.1 鍵相信號處理程序設計39
• 4.3.2 采樣程序設計39-42
• 4.3.3 以太網(wǎng)通信程序設計42-43
• 4.3.4 實驗結果43-44
• 4.4 信號處理44-61
• 4.4.1 自定義指令44-48
• 4.4.2 FIR濾波的實現(xiàn)48-57
• 4.4.3 FFT算法的實現(xiàn)57-61
• 4.5 NIOS Ⅱ系統(tǒng)開發(fā)的問題探討61-64
• 第五章 總結與展望64-66
• 5.1 總結64
• 5.2 展望64-66
• 參考文獻66-69
• 作者簡歷69

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