基于SOPC的扭振信号测量系统实现研究

2．2．3 用户自定义外设设计

系统设计自定义模块是Avalon流模式采集输入控制器。该控制器设计符合Avalon总线规范，功能是将采集的数据完整送入SDRAM以便存储以及方便数据处理。系统CPU速率为50 MHz，而采样速率不定，因此需要FIFO实现前后传输的连贯性。然后经过DMA传输通道将数据存入SDRAM。Avalon流模式采集输入控制器硬件结构，控制器模块分为采集模块和HFO传输模块两部分。采集模块实现数据的采集，其输入接口有：write_clk(写时钟)、write_en(写使能)与sample_data(16位数据总线)。挂在Avalon总线上的接口有FIFO Q[15：0](数据输出总线)、chipselect(片选信号)、read_req(读请求信号)、address(Avalon总线地址)read_empty(读空信号)、read_clk(读时钟)。



设计使用光电编码每格有效信号作为写使能控制向FIFO写数据，读请求信号read_req由总线发出，经read_empty控制DMA取FIFO中数据的时间，在read_empty低电平期间(即FIFO不空)取FIFO中数据。其时序见图4，其中Dataavailable信号接FIFO输出的空信号(read_empty)。仿真波形，如图5所示。





设计完成后启动SOPC Builder的Generate生成用于综合和仿真的文件，最后在QuarusⅡ中锁定端口引脚，对生成的处理器系统进行仿真、综合、适配并下载到FPGA中。

2．3 系统软件设计

系统软件共有数据采集模块、数据存储计算模块、UART数据发送控制模块和LCD显示控制模块。系统软件流程图，如图6所示，数据采集模块有开关使能。当开关键有效且处于有效采样信号下时，系统开始接收由光电编码器经整形电路采集到的脉冲信号，每次采样信号有效时，采样次数加一，系统共可采集8 000格数据。



数据存储计算模块根据采集到的数据计算出瞬时扭角，平均扭角和误差。同时数据发送模块通过按键组控制向上位PC机发送这3种数据，并由LCD控制模块以二行形式显示，通过按键控制进行刷新显示。

3 结束语

利用SOPC技术实现的轴系扭振监测系统，与以往的数字式扭振监测技术相比，由于采用了软硬件协同设计，从而大大节省了软硬件成本，缩短了开发周期；NIOS软核的利用使监测系统拥有了强大的运算能力，数据的传输速度也有较大提升。基于SOPC技术的扭振监测信号动态分析范围较大，可以在高低转速的轴系之间快速切换，若与数据库技术结合，则可以实现检测、分析和监控告警一体化。同时这种监测系统也适用于各种回转轴系系统，如内燃机曲轴、发电机、齿轮传动链等，具有广阔的应用前景。