基于FPGA嵌入式系统的中断机制研究与应用

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随着我国电力电网系统的高速发展,电力用户对电能质量的要求也在不断提高。及时分析掌握电网的电能质量水平,找出影响电网电能质量的因素,实时动态地监测电能质量指标,对电网的安全运行有着重要意义。随着数字化及计算机技术的不断发展,需要有新的电能质量监测装置,其中电能质量数据的采集和处理技术是最为关键的部分。   本文以电能质量监测装置设计为背景,提出了一种基于FPGA中断机制的电能质量数据采集和处理技术。论文分别从硬件和软件两方面入手,阐述了基于实验室研制的高精度数据采集卡和FPGA开发板的电能质量数据采集系统的硬件设计方法,以及基于PowerPC的嵌入式Linux操作系统的设备驱动设计和应用程序设计。   硬件方面,高速数据采集系统可分为8通道高速数据采集电路和FPGA硬件电路两个部分。数据采集系统以MAX1320高精度A/D转换器为核心,辅以信号调理和抗混叠滤波电路,并设计数据采集频率可调整的控制器IP核对采集芯片进行逻辑控制和数据传输,将A/D转换器采集的数据存入FIFO。采集半个周期的数据之后FIFO发出Half_Full信号请求中断,由中断控制器发送中断请求至CPU,处理器接收到中断后调用Linux驱动程序的中断处理函数对FIFO的数据进行读取,送入应用程序进行数据处理。   软件方面,详细分析了Linux中断机制,同时为了更有效地管理和拓展系统功能,设计移植了嵌入式Linux操作系统,并在平台上实现了基于Linux操作系统的A/D转换器的驱动程序以及应用程序设计。应用程序能够控制电能质量数据采集系统工作。   通过对电能质量信号的高速采集和实时动态处理,以及实验数据的分析,结果表明该数据采集系统运行稳定、测量精度高、数据处理能力强。另外,本设计操作简单并且体积小巧,还具备存储数据和网络远程监控等多种功能,因比能够在电测仪器仪表中得到广泛应用。  
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