一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法技术

一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，包括以下步骤：1)根据被测量信号的频率以及上位机的设置，利用FPGA以及DA转换模块生成两路频率相同并且具有相位差的正弦信号；2)对两路同频的正弦信号分别进行AD采样，并将采样结果存储到FPGA的FIFO中；3)取出FIFO中缓存的采样数据，调用FPGA中FFT IP核对采样数据进行运算，并将运算后的所有频率点的数据缓存在FIFO中；4)通过串口将存在FIFO中的FFT结果数据传给上位机，分别取出正弦信号对应频率点的实部和虚部数据，计算出相位并相减得到相位差，最后在上位机上实时显示出计算结果。本发明专利技术简单易行，并且可以有效的提高测量的精度。

A method for measuring phase difference of sinusoidal signal based on FPGA and FFT Technology

Measuring method for phase difference of sinusoidal signal and FPGA based on FFT technology, which comprises the following steps: 1) according to the measured signal frequency and setting of PC, using FPGA and DA conversion module generates two same frequency and phase sinusoidal signal; 2) of the sinusoidal signal with the frequency of the two were AD sampling then, sampling results will be stored in FPGA FIFO; 3) remove the sample data in the FIFO cache, called FPGA FFT IP check sampling data for computing, and all frequencies after computing the data cache in FIFO; 4) through the serial port in FIFO FFT the data to the host machines were removed for sinusoidal signal corresponding to the frequency of the real and imaginary parts of the data, calculate the phase and subtracting the phase difference, finally in the PC real-time display of the results. The invention is simple and convenient, and can effectively improve the precision of the measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法
本专利技术涉及相位差测量领域，尤其是一种两路同频正弦信号之间相位差的测量方法。
技术介绍
近些年来，两路同频正弦信号之间相位差的测量在信号分析、工业自动化、智能控制、电子及通信技术、生物医学、雷达、声纳、污水监测等领域都有着广泛的应用。精确地测量两路正弦信号之间的相位差具有重要的意义。例如，在水质监测方面，目前的光学溶解氧传感器测量溶解氧浓度的原理为：根据一路频率为4KHz的正弦号经过水溶液之后，反射回来的信号的相位会因为水溶液中溶解氧浓度的大小而发生相应的变化，通过测量反射回来的信号与参考信号之间的相位差，便可以检测出水中溶解氧浓度。目前的信号相位差的测量方法可以分成两种，一种是时域范围内的处理方法，也就是说所有信号处理都是在时域范围内进行的；另一种是频域范围内的处理方法，即把信号从时域变换到频域，然后按照信号在频域范围内的频率特性来对信号进行处理。时域范围内的处理方法的最大的优点是信号的处理方法比较简单、直观，而且易于实现，但是在检测过程中，存在许多因素导致测量结果有很大的不确定性，致使测量精度比较低，容易受到硬件电路的干扰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)根据被测量信号的频率以及上位机的设置，利用FPGA以及DA转换模块生成两路频率相同并且具有相位差的正弦信号；2)对两路同频的正弦信号分别进行AD采样，并将采样结果存储到FPGA的FIFO中；3)取出FIFO中缓存的采样数据，调用FPGA中FFT IP核对采样数据进行运算，并将运算后的所有频率点的数据缓存在FIFO中；4)通过串口将存在FIFO中的FFT结果数据传给上位机，分别取出正弦信号对应频率点的实部和虚部数据，计算出相位并相减得到相位差，最后在上位机上实时显示出计算结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)根据被测量信号的频率以及上位机的设置，利用FPGA以及DA转换模块生成两路频率相同并且具有相位差的正弦信号；2)对两路同频的正弦信号分别进行AD采样，并将采样结果存储到FPGA的FIFO中；3)取出FIFO中缓存的采样数据，调用FPGA中FFTIP核对采样数据进行运算，并将运算后的所有频率点的数据缓存在FIFO中；4)通过串口将存在FIFO中的FFT结果数据传给上位机，分别取出正弦信号对应频率点的实部和虚部数据，计算出相位并相减得到相位差，最后在上位机上实时显示出计算结果。2.如权利要求1所述的一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，其特征在于：所述步骤1)中，首先确定被测量信号的频率，通过调用FPGA内的两个DDSIP核，将正弦函数的数值循环取出来，经过D/A转换以及滤波之后分别生成两路具有相同频率的正弦信号；DDS里有一个存储正弦数值的ROM表，取数频率和取数间隔决定了产生的正弦信号的频率；同时根据上位机设置的相位差，设置两路DDS里取数值的地址偏移就可以使两路正弦信号具有相位差。其中，整个ROM表的数据个数231个，需要产生4KHz的正弦信号，取数频率设置为1.25MHz，则取数间隔为这个间隔对应的相位延时为取数周期，即为800ns；因此1ns对应的偏移间隔为以1ns为单位来设置两路信号的相位差，两个DDS里取出的数据最后通过DA驱动输出给DA芯片生成正弦信号，由于需要一直取数据并到DA模块生成信号，所以将DA频率设置为1.25MHz，与DDS取数频率一样。3.如权利要求1或2所述的一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，其特征在于：所述步骤2)中，用FPGA驱动AD芯片分别对两路信号进行采样，采样频率为1.024MHz，每路各采样2048点，这样使得FFT后频率的分辨率为0.5KHz；采样得到的数据缓存在FIFO中，当FIFO中缓存的数据达到2048个时，便开始进行下一步的FFT。4.如权利要求3所述的一种基于FPGA和FFT技术的正弦信号相位差测量方法，其特征在于：所述步骤3)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋，丁宝进，黄付岭，梁荣华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33