【摘 要】
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该论文基于NIOSⅡ软核处理器和Altera的FPGA技术,设计了一种便携式的振动频谱分析仪,用于旋转机械的故障监测和诊断。以SOPC技术为手段,将信号采集和信号处理电路通过可编程片上
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该论文基于NIOSⅡ软核处理器和Altera的FPGA技术,设计了一种便携式的振动频谱分析仪,用于旋转机械的故障监测和诊断。以SOPC技术为手段,将信号采集和信号处理电路通过可编程片上系统来实现,其特点是将对ADC的控制、数字信号的滤波、快速傅立叶变换的设计,通过FPGA芯片集成在一起,以NIOSⅡ来完成32位CPU的状态控制功能。工程机械、汽车车辆中都存在诸如发动机类的旋转机械,这类设备的异常振动往往会影响正常工作,严重时还会出现各种重大事故,该分析仪可以实时地或定期地对发动机、齿轮箱等旋转机械进行振动频谱分析和监测,运用于民用机械能产生非常好的经济效益。该论文从四个方面进行了研究工作。其一,利用FPGA对ADC芯片的工作进行控制,使其在规定的时间内与DSP模块进行数据交换,并对ADC各引脚时序进行控制,使两者协调同步工作,编制了相应的VHDL语言程序。其二,采用SOPC Builder设计开发,实现了基于NIOSⅡ的32位CPU软核,创建了相应的C/C++和汇编的宏代码,使得软件可以访问用户自定义逻辑。对顶层设计产生的VHDL的RTL代码和仿真文件进行了综合、编译适配以及仿真。其三,配合Matlab和DSP Builder的强大功能进行DSP模块设计,开发出了FIR和FFT等功能模块,并且添加到SOPC系统中,使其可以由NIOSⅡ很容易的调用。其四,在NIOSⅡ系统中添加了uC/OSⅡ操作系统,提高了整个系统的稳定性,并且降低了开发难度,提高了系统升级的能力。由于整个设计是基于FPGA开发的,所以该系统包括了所有FPGA系统的特点,包括并行的DSP处理、在系统可编程、升级简单等特点,极易使设计产品化。
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