摘 要

随着科学技术的快速发展，新技术革命将把人类由工业化社会推进到信息化社会，数据储存为主要内容的数据采集测试技术，已形成了一门专门的技术科学。

本文是以利用FPGA来采集振动测量数据为基础，并且详细介绍了振动数据采集系统的组成及工作原理情况。人类生活中到处都有着无数的振动影响着生活中的方方面面，采集震动数据有利于人类对自然科学的研究。数据采集系统是由计算机和智能仪器与外界物理世界取得联系的工具，是获取信息的一种方法。

本文设计了一种基于FPGA的振动信号采集处理系统，该系统通过利用振动信号采集电路、AD采样电路将电荷信号转化为二进制数字信号输入FPGA，在FPGA处理设计中利用数据流控制方法并行实现了信号的采样和处理，利用基于NIOS-Ⅱ软核的FPGA芯片实现一个软件设计来达到振动测量数据的采集系统，配置相应的的硬件接口模块，可以实现高速、大容量的数据采集。完成对振动测量数据采集的任务。

关键词：FPGA、振动测量、NIOS-Ⅱ、数据采集

Abstract

With the rapid development of science and technology, new technological revolution will advance human from an industrial society to an information society, data storage as the main content of the test data acquisition technology, has formed a specialized technical sciences.

This article is based on the use of FPGA to collect vibration measurement data, and details the composition and working principle of the vibration data acquisition system. Human life everywhere has numerous vibration affects all aspects of life, collecting vibration data in favor of human natural science. Data acquisition system is a tool by the computer, intelligent instruments and associated external physical world, it is an important way to get information.

This paper presents the vibration signal acquisition and processing system based on FPGA, the system through the vibration signal acquisition circuit, AD sampling circuit will charge signal into a digital signal input FPGA, using data flow control method in FPGA design process to achieve a parallel signal sampling and processing, based on the use of NIOS-ⅱ soft-core FPGA chip to achieve a vibration measurement data acquisition system, and configure the hardware interface modules, can achieve high-speed, high-capacity data acquisition. Completion of the vibration measurement data acquisition tasks.

Keywords : FPGA , Vibration Measurement, NIOS-Ⅱ, Data Acquisition.

目录

摘要 3

Abstract 4

第一章绪论 1

1.1课题研究背景以及目的意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施 3

第二章振动采集设计方案 5

2.1振动的分类 5

2.2振动测试 5

2.3振动的基本参数 5

2.4整体设计方案 6

2.5振动模拟信号采集通道的设计 7

2.6 A/D转换器的选择 7

2.6.1 模数转换器的分类及其相应特点 8

2.6.2 模数转换器的主要参数 9

2.6.3 AD9221在系统中的应用 11

2.7中心控制模块的设计 11

2.8存储器模块的设计 14

2.8.1 FLASH MEMORY 的分类及比较 14

2.8.2 K9F1G08管脚描述 15

2.8.3 K9F1G08内部结构描述 16

2.8.4 K9F1G08在系统中的应用 17

2.9以太网传输 17

2.9.1以太网简介 17

2.9.2以太网接口电路 18

2.10电源模块 18

2.11本章小结 19

第三章NIOS-II系统开发 20

3.1Quartus II 20

3.2SOPC Builder 20

3.3 NIOS-II IDE 21

3.4 NIOS-II处理器开发流程 21

3.5软件开发流程 22

3.6信号处理 24

3.6.1自定义指令 24

3.7本章小结 25

结论 26

致谢 27

参考文献 28

附录 29

程序 29

第一章绪论

1.1课题研究背景以及目的意义

振动是一种常见现象在生活和技术工程中，在平常情况下，振动是没有利的，它对仪器设备的一些特性都会产生影响。但是，振动也有好的一面，比如在输送、清洗、磨削、监测等行业，不管是振动好的一方面还是坏的一方面，都必须精确控制其值。科学研究和工程实践在长时间研究中，已慢慢变成了一门比较完整的工程学科，可以作为工具进行理论计算和分析在生活各个方面。但是这还是建立在简化和近似的数学模型上，还必须用大量的试验和各种各样的测量技术进行反复验证。随着工业时代和现代科学技术时代的到来，对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，进行监测、诊断，对生活环境进行控制的一些设备和生产过程。这些都离不开振动的测量。

在对科学工程应用和科学测量中有关振动的研究与测试占有非常重要的地位。机械系统在当代工程环境中,例如大型发电设备,电动机,重型机械,汽车,船舶,航空航天设备这些大型工程中,都不断提升着速度和其高准确度的发展。为了让其拥有良好的性能以及足够长的使用时间,对于振动的研究已成为必须研究和解决的重要课题。现在大量被使用在各种振动采集实验中的传统振动测试装置因为其构造简单、成本低等优点被使用，例如一些压电式、电磁式以及半导体式的测试装置。