高精度实时数据采集分析芯片的设计与实现

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1、学科门娄：王堂分类号：I￡ii￡单位ft码：—地!13_密级——向喜啷孪z廖硕士学位论文论文题目：高精度实』}数据采集分析芯片的设计与实现学生姓名学号指导学科研究教师专业方向徐建松硕050736龚建荣副教授堡兰量笪星竺堡信息网络与多媒体技术沦文提交日期二oo八年四月南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要电网谐波分析是电能质量分析和改善的一个重要环节。近年来，随着电气化的发展和一些工业技术的应用，电网的谐波畸变越来越严重，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响，而传统的电力数据采集分析系统由于技术落后，己不能满足当今应用场合的要求。目前微电

2、子技术和嵌入式技术的迅速发展，为数据采集分析系统的研制奠定了坚实的技术基础。研制成本低廉、运算快速、易于功能扩展的新型数据采集分析系统已成为一个趋势。本文提出了一种新型嵌入式数据采集分析系统的设计方案。该系统基于大规模单芯片FPGA，集成度高，成本低廉；系统采用SOPC构架，为可重构嵌入式构架，易于功能扩展。其中数据采集和谐波分析单元由硬件逻辑完成，运算速度快，精度高，实时性好，且不占用处理器资源：系统核心处理器采用Xilinx公司的32位软核处理器MicroBlaze，外设集成了存储器，RS232串口，以太网，JTAG调试口等，以此构

3、成一中型的嵌入式系统。论文总结了几种常见的谐波分析算法，给出了整个系统的设计过程，详细介绍了谐波分析模块的FPGA设计和整个系统的SOPC结构。本系统实现了基于单芯片FPGA的数据采集分析和分析结果的实时同步传输，并在实验中获得了较好的效果。关键词：FPGA，SOPC，FFT，谐波分析，MicroBalze，嵌入式系统南京邮电人学硕士研究生学位论文AbstractTheanalysisofthepowerharmonicanalysisisimportantforimprovingofpowerquality．Inrecentyears

4、，withthedevelopmentofelectrificationandtheapplicationofsomeindustrialtechnology，thedistortionofthegridharmonicisbecomingmoreandmoreseriousanditmakestremendousimpactonthesecurityofthepowersystem．Thetraditionalacquisitionandanalysissystemforthepowerdatahasbeenunabletosatis

5、fytherequirementsoftoday’Sapplicationsduetothebehindhandtechnology．Atpresenttherapiddevelopmentofthemicroelectronictechnologyandembeddedtechnologylaidasolidfoundationforthemanufactureofthedataacquisitionandanalysissystem．Developinganewtypedataacquisitionandanalysissystem

6、whichhasthecharacterssuchaslowcost，fastoperationandeasyfunctionexpansionhasbecomeatrend．Thispaperproposesadesignofanewtypeofembeddeddataacquisitionandanalysissystem．Thesystemisbasedonasingle—chiplarge—scaleFPGA，hi曲integration，lowincost，ThesystemusesSOPCarchitecturewhichi

7、saembeddedreconfigurablearchitecture．TheSOPC．iseasytoexpandfunction．Thedataacquisitionmoduleandharmonicanalysismoduleisimplementedwiththehardwarelogic，SOtheyarehighspeed，hi曲precision，real—time，anddonotusetheprocessorresources．The32bitsMicroBlazeofXilinxisusedastheprocess

8、oroftheembeddedsystem．Themedium—sizedembeddedsystemintegratedpefipheralssuchasthememory，RS232serialport