基于SOPC的頻譜分析儀設計與研制
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基于NIOS核處理器(包括I2C總線模塊)和Altera公司FPGA設計制作的頻譜分析儀，可用于工程指標的監(jiān)測和診斷。設計的關鍵模塊有：I2C總線控制的數(shù)據(jù)采集模塊、FFT模塊、FFT控制模塊、Avalon總線接口及Atlantic總線接口模塊以及VGA、LCD顯示部分。
頻譜分析儀的核心是DFT及快速算法FFT。FFT主要分為基2、基4等固定幾何結構，設計采用基2幾何結構、512點的FFT算法。設計平臺為Altera公司推出的Cvclone II，其為高性能結構體系的PLD器件，其中包括FFT IP Core(知識產權核)。同時，Quartus II(Altera公司開發(fā)的IDE)軟件具有很強的硬件仿真和邏輯分析功能，可將Verilog HDL描述的硬件綜合到FPGA的整體設計中。
2 結構設計
頻譜分析儀的系統(tǒng)框圖如圖1所示，其主要模塊包括：I2C總線模塊、FIFO模塊、平方求和模塊、FFT模塊、VGA模塊、顯示器等組成閉。
頻譜分析儀的硬件原理框圖如圖2所示，圖2包含F(xiàn)PGA的內部硬件電路及外圍接口模塊。
軟件設計的實現(xiàn)是建立在NIOS II IDE的基礎之上，整個軟件設計總體分為4大任務：設計主任務、A／D采集控制、Flash存儲任務和VGA控制顯示器顯示任務。
3 系統(tǒng)設計
設計中，充分利用了SOPC技術的優(yōu)勢實現(xiàn)軟、硬件協(xié)同設計，在盡可能短的時間內實現(xiàn)儀器功能，分別從硬件設計和軟件設計兩方面詳細說明設計過程。
3．1 儀器硬件設計
3．1．1 核設計簡介
利用SOPC Builder在NIOS指令系統(tǒng)中集成了A／D轉換控制、I2C總線控制、VGA控制、FFT控制等控制模塊，圖3為SOPC Builder集成IP。
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