基于SOPC全相位FFT相位差测量系统设计.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2016年第8期(总第202期)基于SoPC全相位FFT相位差测量系统设计杨云，王明绪(河南工业职业技术学院河南南阳，473000)摘要：针对传统相位差测量系统路结构复杂、精度低的缺点，文章提出了基于SOPc全相位FFYr相位差测量方法。其基本思想是，利用全相位F胛的思想，通过s0Pc系统实现整个测量系统的信号处理。s0Pc系统的定制主要通过软件s0PcBuilder实现，文章对全相位FW测相差的基本理论进行了推导，最后还进行了误差分析。测试结果表明，此系统的测量精度可以达到3．9×10～。关键词：SOPC；全相位FFT

2、；相位测量中图分类号：TM76文献标识码：ADOI编码：10．14016／j．cnki．100l一9227．2叭6．08．183Abstract：f'hasemeasuringsystemforconventionalroadcomplexstmcture，10waccuracy，thearticlepmposedbasedonSOPCallphaseFI叮phasedi]自ferencemeasurementmethod．Thebasicideaistousetheideaof山euseofallphaseFn．，SOPCsystemac

3、hievedthmughtheentiremeasurementsystemsignalprocessing．SOPCsystemcustomizationachievedmainlythmughtheSOPCBuildersoftware，articlesonaUphaseFFTmeasurementscarriedoutawayf南mthebasictheoryofderivation，and矗naUytheen．oranalysis．Testresultsshowthatt}lissvstemofmeasurementaccuracv

4、canreach3．9×10一3．Keywords：SOPC；AUphaseFFT；PhasemeasurementO引言随点电子信息技术的快速发展，信号的相位差测量越来越受到重视，应用也越来越广泛。目前，应用比较广泛的测量方法有数字、模拟测量法。但是这些测量方法都存在一些问题，比如模拟测量法的硬件电路非常复杂，也就是说需要的硬件资源成本很高。和模拟测量法相比，数字测量法的硬件成本就很低，但是传统的数字测量方法不但测量的境地比较低，而且算法非常繁琐。1。31。为了解决传统相位差测量方法存在的不足，文章提出了基于SOPc全相位FFI’相位差测

5、量方法，该方法合理使用s0Pc系统的内部资源，算法的思想选择快速傅里叶变换(FFr)。s0Pc的定制是在FPGA芯片上实现的，所以改变FPGA部程序算法就可以满足不同的测量对象，这样就大大节省了硬件资源，同时计算量也大大减少。经过测试可以看出，此系统不但抗干扰能力强，而且测量精度也很高。1全相位FFT相位差测量原理首先对两个被测信号进行频谱分析，获得相应的相频特性，然后计算相应信号在主频处的幅值，最后可以根据幅值计算出的两个信号的相位，从而算出相位差。在一个周期内，绝对可积的任意一个周期函数x(t)可以展开成傅里叶级数：疋(t)=∑(％c。

6、s删+6。sin似)=如+∑A。sin(删+吼)(1)其中：a。=寺J疋(t)cosn∞t出6。=寺Jz(￡)sin砌￡出(2)(2)式中9。是n次谐波的初相位，基波的初相位是：妒。=arctan昔。把两个模拟信号x。(t)和x：(t)变为离散信号H。。在一个周期内采集N个样本。这两个信号的基波傅里叶系数分别表示为：。--=号荟州七)cos弩“=号荟“南)sin哿(3)收稿日期：2叭6一05—07作者简介：杨云(1982一)，男，汉族，河南南阳人，助教，硕士，主要研究方向为电子技术。％=号薹以南)c。s哥％号摹胞(七)sin哿(4)‰：ar

7、ctan}蚴：争(5)911习m协ni妒212io)’根据DF11性质x(n)是实序列，所以x。(t)和x：(t)的基波分量的相位差⋯是：妒=妒，一妒：=arctan等一盯ctan等(6)2系统硬件设计2．1系统整体硬件设计整个硬件系统的核心是s0Pc系统，在FPGA上完成对此系统的定制。系统总体框图如图1所示。图1系统总体框图相位差测量系统外围电路主要由A／D转换电路、存储器、配置芯片和显示模块构成。其中存储器同时使用nash芯片和sDRAM芯片，FPGA的配置芯片是EPcs4。显示模块选用TFll一LCD。整个系统的数据处理主要由s0P

8、c系统完成，测量结果通过TFT—LCD进行显示∞“1。2．2SOPC系统模块s0Pc系统硬件在FPGA上实现，软件的定制需要通过sOPcBuilder实现。s0Pc内部原理图如图