基于Nios Ⅱ軟核系統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　2 電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2．1 A／D轉(zhuǎn)換器

　　根據(jù)實測數(shù)據(jù)，如果采用12位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換芯片，對15次諧波而言至少會引起1．67％的誤差，而在實際諧波測量中一般測到30次或更多次諧波，因此現(xiàn)場監(jiān)測單元中A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)保證為14位或14位以上。本文采用AD73360作為采樣系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。它的六路輸入通道可被分為三對，以分別對應(yīng)電力系統(tǒng)中的三相。該芯片可以8 kHz，16 kHz，32 kHz，64 kHz的采樣速率同時進(jìn)行六通道的信號采樣。AD73360可滿足裝置對高速采樣的要求。AD73360與FPGA的連接如圖3所示。

　　2．2 NiosⅡ軟核處理器

　　基于32位RISC嵌入式軟核NiosⅡ的SoPC，有著其他SoPC(如基于FPGA嵌入式IP硬核SoPC)不可比擬的優(yōu)勢。采用NiosⅡ軟核處理器，用戶將不會局限于一般的處理器技術(shù)而是根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)裁剪和定制處理器，按照需要選擇合適的外設(shè)、存儲器和接口，輕松集成自己專有的功能，比如DSP、用戶邏輯等。這非常有利于設(shè)計高次諧波這種計算量大且控制邏輯復(fù)雜的系統(tǒng)。

　　為了滿足今后的性能要求，該電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能隨時被改進(jìn)升級。可以加入多個NiosⅡCPU、定制指令集、硬件加速器等，以達(dá)到更好的性能目標(biāo)。還可以通過Avalon交換架構(gòu)調(diào)整系統(tǒng)性能，該架構(gòu)支持多種并行數(shù)據(jù)通道可實現(xiàn)大吞吐量的應(yīng)用。

　　2．3 硬件系統(tǒng)平臺設(shè)計

　　圖4是整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)組成主要包括：

　　(1)系統(tǒng)核心模塊采用STRATIX系列的EPlS25型的FPGA，它包含：10個DSP模塊、25 660個邏輯單元、48個嵌入式乘法器、RAM總量高達(dá)1 922 576 b，6個數(shù)字鎖相環(huán)、可用的I／O口最多達(dá)到702個。它是一款采用高性能結(jié)構(gòu)體系的PLD器件，結(jié)合了強大內(nèi)核性能，大存儲器，DSP功能，高速I／O和模塊化設(shè)計。其內(nèi)嵌的DSP模塊，提供了高于DSP處理器的數(shù)據(jù)處理能力，可以完成較為耗費資源的乘法器單元。這些資源對一個電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)來說是已經(jīng)綽綽有余。