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软硬件协同设计(Hardware/Software Co-deaign)是在20世纪90年代兴起的跨领域交叉学科。随着超大规模集成电路制造工艺的进步,单个芯片所能提供的晶体管数量已经超过了大多数电子系统的需求,专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)设计逐渐进入了片上系统(System on Chip,SoC)设计的时代。 2 装置硬件设计 数据采集分析是状态监测装置的实现基础和核心功能,它设计的优劣直接影响着状态监测装置的参数指标的好坏,而本文中采用的基于SoPC嵌入式软硬件协同设计很好地实现了该部分的功能,本章着重介绍该部分功能的硬件设计思路。采用可编程逻辑器件(FPGA)设计数据采集系统,具有集成度高、工作频率快、编程配置灵活、抗干扰能力强等一系列优点。此外,还可以在FPGA芯片内进行采集控制、缓冲、信号处理、传输控制、通信。本装置中正是按照上述的软硬件协同设计思路合理分割功能,较高性能地实现了在线的多路状态监测。 2.2 信号分析IP设计
图2和图3是对模拟数据进行Matlab仿真和ModelSim仿真二者结果的比较,可以看到原始计算结果有一定的误差,归一化后完全一致,产生误差的主要原因是在Matlab中的FFT是浮点数计算,而在FPGA中的FFT选择的是定点数计算。仿真结果表明此模块可以完成信号分析的功能,且分析结果达到较高精度
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