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随着现代产业智能化的推进,对信号获取和处理的需求不断增加。功能单一的信号采集系统无法满足当前的实际需求。本课题设计的系统具备下位机(FPGA)独立完成信号采集和处理两项工作的能力。解决高速信号采集系统数据实时存储问题和提出基于FPGA器件复杂数字信号处理算法的实现方式。首先,综合分析国内外信号采集和处理系统的发展现状;结合信号采集原理和数字信号处理原理,对信号采集与处理系统进行需求分析并完成对系统的整体设计,确立系统的总体架构,规划系统总体工作流程。其次,根据电子电路设计原理,确定系统开发需要的元器件;分析对比相关元器件的工作特性,完成系统硬件电路器件的选型和硬件电路设计;研究系统外设芯片的工作特点,基于Verilog语言完成对不同外设芯片的控制逻辑程序设计;依托Platform Designer平台搭建片上系统,利用NIOSII软核处理器实现对系统的总体控制,根据Avalon总线原理和直接存储器存储原理(DMA)建立系统的控制总线和数据总线,实现各个功能模块间的协同工作;基于SLC架构的NANDFlash芯片,提出高速数据存储的FPGA实现方式,适配采集信号的实时存储;各个功能模块协同完成信号采集与波形输出功能。最后,根据希尔伯特-黄变换算法(HHT)的基本原理和FPGA器件的结构特点,实现HHT算法的硬件设计。根据HHT原理,将信号处理部分分为经验模态分解(EMD)算法实现和希尔伯特变换(HT)实现两部分。采用三弯矩算法实现EMD算法中的包络线求解;根据快速傅里叶变换(FFT)原理,设计基于FPGA的FFT实现方式,建立IP核:以FFT变换为核心,提出HT的FPGA实现方式。利用FPGA器件内部并行结构的特点对HHT算法进行优化。通过对存储芯片中数据进行HHT处理,获得采集信号的IMF序列和时-频函数序列的输出波形,实现对信号局部时域和频域特征的提取和分析。本课题设计的信号采集与处理系统,已经经过信号采集实验和数据处理实验验证。实验过程中,系统运行状态正常,能够以50MHz的采样率完成信号采集工作,数据处理效果良好。