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基于FPGA＋ARM的高速电力谐波检测仪的研制

作　者: 刘丰
导　师: 龚仁喜
学　校: 广西大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 电力谐波检测仪 FPGA ARM FFT uClinux
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 570次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着电力电子设备的应用日益广泛,谐波对电网的影响越来越大,电力谐波已经成为电力系统的公害。治理谐波的第一步是准确检测谐波分量。因此研制出实时、高精度的便携式谐波检测仪器具有重要的现实意义。论文讨论了谐波检测的原理,分析了现有谐波检测方法的局限性。提出了一种结合FPGA硬逻辑的高速数据处理能力和ARM高效数字功能扩展能力的FPGA+ARM硬件新架构,并研制出基于这种硬件架构的电力谐波检测仪实验样机。论文对样机系统的软硬件设计进行了详细的描述。硬件部分的设计包括信号调理、信号采样转换、FPGA协处理器、ARM微控制器等模块的电路设计,其中重点论述了利用逻辑复用及流水线技术在FPGA上实现A/D采样控制、加窗、FFT及模平方等的逻辑架构设计。软件部分的设计主要包括Bootloader的设计及ARM微控制器模块的uClinux软件编程。为了验证设计的正确性,论文详细的描述了系统各功能模块仿真、调试和实际测试方法,给出了测试数据与图表。测试表明该ARM+FPGA系统的各功能模块及整机可正常工作,FPGA协处理器能以每帧38us的处理速度完成谐波检测算法的运算并将数据提交给ARM处理器,最后由ARM处理器经以太网传至PC机。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题的意义  9-10
  1.2 FFT电力谐波检测研究现状  10-12
  1.3 FFT算法理论  12-13
  1.4 基于FPGA处理FFT的优势  13-15
第二章系统硬件设计  15-49
  2.1 系统构架  15-17
  2.2 ARM微控制器模块  17-22
    2.2.1 设计概述  17-18
    2.2.2 硬件设计  18-22
  2.3 电力信号调理模块  22
  2.4 信号采样转换模块  22-29
    2.4.1 设计概述  22
    2.4.2 硬件设计  22-23
    2.4.3 ADC采样控制逻辑设计  23-29
  2.5 FPGA协处理器模块  29-47
    2.5.1 设计概述  29-30
    2.5.2 硬件设计  30-34
    2.5.3 运算顶层模块设计  34
    2.5.4 去直流运算逻辑设计  34-36
    2.5.5 加窗-蝶形运算逻辑设计  36-43
    2.5.6 地址发生器逻辑设计  43-45
    2.5.7 存储单元逻辑设计  45
    2.5.8 数据通信模块设计  45-47
  2.6 总体综合  47-48
  2.7 本章小结  48-49
第三章系统软件设计  49-65
  3.1 FPGA配置程序设计  49-54
  3.2 FPGA设备驱动程序设计  54-62
  3.3 C/S通信模块程序设计  62-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章系统调试与测试  65-79
  4.1 硬件调试  65-68
    4.1.1 电源调试  65-66
    4.1.2 ARM微处理器模块电路调试  66-67
    4.1.3 FPGA协处理器模块电路调试  67
    4.1.4 信号采集模块电路调试  67
    4.1.5 以太网通信模块电路调试  67-68
  4.2 软件测试  68-73
    4.2.1 Bootloader测试  68-69
    4.2.2 uClinux移植调试  69-71
    4.2.3 EP1C3T驱动程序测试  71
    4.2.4 以太网通信程序测试  71-73
  4.3 FPGA运算逻辑测试  73-75
  4.4 电力谐波检测仪运行测试  75-77
  4.5 本章小节  77-79
第五章总结与展望  79-81
  5.1 本文的总结  79
  5.2 下一步工作展望  79-81
参考文献  81-83
致谢  83-85
攻读学位期间发表的学术论文目录  85

基于FPGA＋ARM的高速电力谐波检测仪的研制

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