[发明专利]基于FPGA的正弦信号实时解算方法

说明书

本发明属于信号采集与处理领域，公布了一种基于FPGA的正弦信号有效值实时解算方法。本方法包括信号采集控制、正弦信号有效值解算及正弦信号频率计算三个功能模块，首先FPGA控制AD采集芯片按照特定的采样频率采集正弦信号，获取正弦信号数字量，完成数据实时采集过程，然后FPGA依据采集的正弦信号数字量实时解算出当前正弦信号的有效值，同时FPGA根据实时捕捉和计算出的正弦信号频率不断调整采样周期。本发明摒弃了对传统模拟电路和专用有效值计算芯片的使用，利用大规模可编程逻辑器件FPGA作为主控芯片，通过逻辑编程实现了对正弦信号的采集和有效值的数字解算，方法功耗低，可靠性高，且扩展性和可移植性强，易于技术维护和技术升级。

技术领域

本发明属于信号采集与处理领域，涉及一种基于FPGA的正弦信号实时解算方法。

背景技术

常见的正弦信号通常通过利用电容、电感等元器件搭建模拟电路或采用专门的解算芯片进行有效值解算，然而模拟电路易受工况和元器件性能的影响，常常存在解算结果不稳和精度退化等问题，且在低功耗性能上不及数字电路，而专用解算芯片的使用在增加研发成本的同时，也降低了系统的任务可靠性。为了满足小型化、高集成化和数字化的信号采集和处理系统的发展需求，本发明提供的基于FPGA的正弦信号实时解算方法具有较好的可移植性和技术可扩展性。

发明内容

本发明目的：提供了一种可移植性强、可扩展性高、数字化的基于FPGA的正弦信号实时解算方法。

本发明的技术方案：

一种基于FPGA的正弦信号实时解算装置，包括信号采集控制模块、正弦信号有效值解算模块、正弦信号频率计算模块三部分，信号采集控制模块控制AD采集芯片，将模拟量转换成数字量，实现正弦信号模拟量向数字量的转换；正弦信号有效值解算模块依据采集的正弦信号数字量解算出正弦信号有效值；正弦信号频率计算模块依据采集的正弦信号数字量计算出正弦信号的频率，并送入信号采集控制模块，信号采集控制模块根据正弦信号频率实时调整采样周期。

一种基于FPGA的正弦信号实时解算方法中的信号采集控制模块根据正弦信号频率调整采样周期，并在FPGA内利用有限状态机控制AD采集芯片，确保在一个正弦信号整周期上以等时间间隔采集128个数据点。

一种基于FPGA的正弦信号实时解算方法中的正弦信号有效值解算模块接收采集的数据，并用128×16bit的寄存器空间以FIFO的方式存储采集数据的绝对值，对寄存器空间内的128个数据求平均，求得的均值结果再乘以系数即为正弦信号有效值，FIFO每接收一个新的数据，正弦信号有效值解算模块输出一次正弦信号有效值求解结果。

一种基于FPGA的正弦信号实时解算方法中的正弦信号频率计算模块接收采集的数据，并捕捉信号过零点时刻，以FPGA基准时钟为基本时间单位，通过计时正弦信号过零点的时间确定对应的正弦信号的频率，并将结果送入信号采集控制模块。

一种基于FPGA的正弦信号实时解算方法，包括以下步骤：

步骤1：调整采样频率

所述信号采集控制模块如图2所示，采用有限状态机进行模块构建，t1～t5为状态转换时刻，其中t1～t4由选用的AD采集芯片要求的具体控制时序决定，t5则由正弦信号频率计算模块反馈的正弦信号频率Fre_DB决定，即t5＝Fre_DB>>7。

步骤2：信号采集