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基于FPGA的电力参数监测仪的设计

更新时间：2020-03-28 00:25:16 大小：4M 上传用户：gsy幸运查看TA发布的资源 标签：fpga 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

在科技迅速发展的今天，能源已经成为了全世界发展的重要资源，而电力的广泛普及与应用，更决定了其拥有不可或缺的地位。一系列高新技术的发明与应用，促使电能质量提出了更高的标准，进而对电力参数监测设备提出更为苛刻的要求。

    本文首先介绍了国内外在电力参数监测设备和监测技术手段的发展情况。现阶段对于电力参数的监测主要是电力谐波的监测上，而进行谐波监测的主要手段是将模拟信号进行数字化后，用数字信号处理的方法来进行运算得出分析结果，其中最典型的就是采用FFT进行频谱分析运算。而硬件普遍采用单片机或DSP作为核心，其单线程的工作模式，大大的限制了其对于实时数据的速度要求。

    本文采用了FPGA芯片作为系统的主要硬件，在其上定制NIOSⅡ的嵌入式核心，针对算法优化数据处理流程，多线程流水式数据处理，大大的提高了数据运算的速度和精度。，并在FPGA芯片内构建FFT谐波分析算法模块，通过Avalon总线直接与NIOSⅡ内核连接，从而保证数据传递的速度。对于FFT蝶形算法中的旋转因子，采取预先计算出结果，存入ROM中，在运算过程中，采用查表法直接调用，减少FFT算法的运算量，从而尽快完成结果的计算。

    针对模数转换过程中，由于基准频率与采样频率不同步而造成栅栏效应问题，本文采用硬件修正的方式来最大的避免误差。在硬件上采用频率同步技术，实时采样频率，实时修正，将误差控制在极小范围内;针对信号数字化过程中对波形的截断而产生的频谱泄露问题，在软件算法上，采用加窗的方法来抑制频谱泄露带来的频谱误差，经多种试验，结果显示加汉宁窗能取得较好的实时性和效果。

    由于采用了FPGA芯片作为核心的设计，故可便捷的连接各种外设接口。本文中就在FPGA内构建了谐波分析、采样控制、输出显示、三态总线以及上位机通信等模块。整个系统的集成度高，外围扩展少，从而降低了设备升级对于硬件上的限制，方便以后采用新的算法和模块进行升级和更新。

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