基于FPGA的科氏质量流量计相位差算法研究与实现.pdf

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1、巧ｄｂ从位论义基于ＦＰＧＡ的科氏质量流量计相位差算法研究与实现蔡卓淮ｍｍＩＢ細學二。一五年六月分类号ＴＰ２１６密级公开ＵＤＣ硕：ｔ学位论文基于ＦＰＧＡ的科巧质量流量计相位差算法研究与实现蔡卓淮学科专业无线电物理指导教师万跨玉教授论文答巧日巧２０＾１５年５月１７日学位授予曰期Ｍ５巧气答辩委员会主巧陈华教授广西大学学位论文原创性和使用授权寅明本人声明所呈交的论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除已特别加标注和致谢的地方外，论文不包含任何其他

2、个人或集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料一。与我同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归。属广西大学本人授权广西大学拥有学位论文的部分使用权，即；学校有权保存并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于：□保密，在年解

3、密后适用授权。保密。＂＂请在上相应方框内打Ｖ（）论文作者签名：卷也曰期；么Ｐ蛛＾。目奔＆＂０指导教师签名：名今多支、日期年弓作者联系电话；电子邮箱：基于ＦＰＧＡ的科氏质量流量计相位差算法研究与实现巧要伴随现代工业高速发展，可靠离效的精密质量流量计量仪器存在大量需求。基于科氏为效应的科里奧利质量流量计能够Ｗ直接方式测量质量流量，引起广泛关注并成为研究热点。其中相位差是反映该类型质量流量测量结果的关键参数。使用传统的比较器模拟电路处理方式，无法实现高精度的过零点检测。利用数字信号处理方式为提高相位检测精

4、度提供了可能性，但理论上算法往往过于复杂，需要过多的乘法器，对处理器要求较高。本文研究在ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ，现场可编程口阵列）基础上设计使用较少乘法器的算法实现相位差的髙精度测量。首先，文章Ｗ按基抽取法分析离散傅里叶变换，考察在不同基数下其运算量和所使用乘法器的数量，综合运算量和乘法器使用量得出合适的基数。Ｗ该基数进行Ｍａａｂ编ｔｌ程仿真，完成地址变换和蝶形处理单元，输入不同点数的带白噪声采样信号，分析点数对相位精度的影响。研究结果表明基数提高时乘法器的使用量也增多，但

5、运算量的减少量不是很大，其中Ｗ基数２所使用的乘法器最少，综合得到２为合适的基数。通过不同点数的采样数据处理得到的相位结果表明，点数的增加对精度的提高具有正向，１０２４影响取点时能够将相对误差降到两位小数１＾下。然后ＦＰＧＡ。，文章确定算法后Ｗ为基础进行了系统的硬件和软件设计一是硬件方面，主要是对信号进行预处理滤波、放大和采样。滤波模块为一有源己特沃斯低通滤波器，Ｗ对应的归化滤波器模型求出滤波器阶数为Ｉ－４９４．６ｄＢ，１２０ＨｚＷ上的阻带信号且抑制增益达到实模块滤除；放大模块现小信号５０倍放大，信号负反馈方式放大

6、后转换为差动输出；模数转换模块对ＡＤＳ１２５５进行完整的外围电路设计，对放大模块输出的信号实现高ｌ精度采样。二是软件方面，在ＦＰＧＡ上除了必要的ＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａＩｎｔｅｒｆａｃｅ，串行外设接口），ＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅｃｅｉｖｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｔｅｒ，通用异步收发传输器觸信总线外，主要内容是对１０２４２抽Ｐ—点的基取法实现。ＳＩ模块实现与ＡＤＳ１２５５致的片上ＳＰＩ时序，完成数据收发；ＵＡＲＴ模块负责将结果发回到ＰＣ端，实现了无流控制的发送功能，基２抽取法

7、实现模块包含地址变换，数据存；作为软件的主体部分储，１０２４点的基２抽取算法。在完成软硬件，蝶形处理单元等子模块完成后，Ｗ多组信号输入，测量结果表明相位差测量精度达到化０１度，最后系统完成高精度测量目标，工作可靠有效。设计过程所使用ＦＧＰＡ开发平台由广西科学院提供。关键词：ＣＭＦＭ离散傅里叶变换ＦＰＧＡ有源滤波ＩＩＣＯＲＩＯＬＩＳＭＡＳＳＦＬＯＷＭＥＴＥＲＰＨＡＳＥＤＩＦＦＥＲＥＮＣＥＡＬＧＯＲＩＴＨＭＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＲＥＡＬＩＺＡＴＩＯＮＢＡＳＥＤＯＮＦＰＧＡＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｔｈ

8、ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍｏｄｅｍｉｎｄｕｓｔｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｉｓ