用于高压测量的FPGA嵌入式数据采集系统

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在高电压测试技术方面,使用FPGA嵌入式芯片有着成本低、体积小、性能强、使用灵活等优点;而手机、Pad等安卓设备便携性好,有着出众的显示界面和较强的运算能力,将二者的优势相结合,把数据采集模块以嵌入式的形式装在各种测量终端中,而将显示及运算模块交给便携式的安卓设备完成,将是一个前景广阔的发展方向。本设计实现的便是一个基于FPGA的嵌入式数据采集模块,具有工频信号采集、脉冲信号采集、多种方式触发、UART通讯等功能。模块使用电池供电,能够进行浮地测量,可应用于工频电压电流信号采样、功率分析、雷电冲击类波形的记录和简易示波等场合。探究了以FPGA为核心的采集单元在局放检测上的一个可行性,高频低频采集可相互协调配合,并能够作为安卓设备的前端来使用,在高压测量领域有着很广泛的应用。本设计使用Verilog HDL语言编写程序,使用FPGA芯片控制ADC141采集4k长度的工频信号,并在FPGA内部完成过零检测及移相触发,实现了对相位的检测功能。实现基于AD9226采样数据的内触发功能,能在检测到脉冲信号后以高频采集8k信号。本设计实现了上位机通过UART对FPGA的指令控制,包括各种触发功能设置、参数设置以及在FPGA内部RAM存储数据的基础上通过UART传出数据等功能。通过对上述功能进行软件仿真和硬件测试,验证了代码和芯片的性能。在实验室条件下进行类似局放检测的桌面实验,验证了本设计中的相位检测、移相触发和内触发功能。芯片端采集到的数据可通过UART传输给上位机,并经MATLAB处理后绘制,将其与示波器波形对比,验证了本设计的采集、存储、传输能力,证明了其实用价值及优秀性能。
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