摘要：在工程技术领域中，振动的危害随处可见。振动信号的检测非常有必要，振动检测系统通常以微控制器或DSP处理器为核心构成。单片机处理速度慢，不适合运行数字信号处理算法，而DSP的实时性越来越不能满足技术发展的需求，FPGA具有并行性好、实时性高等优点。为此，本文提出一种基于FPGA的振动检测系统。

本课题采用自行开发FPGA的方法，设计振动检测系统。其硬件部分包括六部分，分别为FPGA核心电路，ADC电路，电源电路，VGA电路、信号调理电路和下载电路。设计了FPGA顶层控制逻辑，A/D控制逻辑，VGA控制逻辑，FFT算法逻辑，RAM控制逻辑，数据转换逻辑等FPGA内部逻辑，并给出相应模块仿真。采用调用IP核的方法实现FFT算法。系统采用AD转换器将振动信号转换为数字量，通过FPGA逻辑实现数据采集和频谱分析，并将波形和频谱图显示于屏幕。

经过运行测试，本系统实现了振动信号的采集、分析及显示，运行效果好，系统实时性好，频谱分析直观。具有很好的实用价值和广泛的前景。

 

关键词：信号采集；现场可编程门阵列（FPGA）；振动检测系统

 

目录

摘要

Abstract

1 前言-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 国内外发展现状-1

1.3主要研究内容-2

2 设计方案-4

2.1 总体方案设计-4

2.2 方案论证-5

3 系统硬件设计-6

3.1 FPGA核心电路-6

3.2 ADC数模转换电路-6

3.3 电源电路-8

3.4信号调理电路-9

3.5程序下载电路-9

3.6 VGA接口电路-11

4 FPGA逻辑设计及仿真-12

4.1 ROM存储逻辑设计及仿真-12

4.1.1仿真数据的生成-12

4.1.2 ROM的设计-13

4.1.3 ROM波形存储逻辑仿真-15

4.2 RAM控制逻辑设计及仿真-16

4.2.1 RAM控制逻辑设计-16

4.2.2 RAM逻辑仿真-17

4.3 分频逻辑设计及仿真-18

4.3.1 分频逻辑设计-18

4.3.2 分频逻辑仿真-18

4.4 ADC转换控制逻辑设计及仿真-19

4.4.1 TCL549控制逻辑设计-19

4.4.2 TCL549控制逻辑仿真-20

4.4 FFT IP核控制逻辑设计-21

4.4.1 FFT IP核控制逻辑设计-21

4.4.2 FFT控制逻辑仿真-26

4.5 VGA控制逻辑设计及仿真-26

4.5.1 VGA控制逻辑设计-26

4.5.2 VGA控制逻辑仿真-29

5 系统调试与遇到的问题-30

5.1 系统调试-30

5.1.1 TCL549调试-30

5.1.2 RAM模块和VGA模块级联调试-31

5.1.3 FFT模块调试-31

5.1.4 遇到的问题及解决办法-32

5.2 系统测试-34

结    论-36

参 考 文 献-37

附录A 系统原理图-39

附录B 源程序-40

致    谢-52