用于電力諧波檢測(cè)的FFT處理器和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告

用于電力諧波檢測(cè)的FFT處理器和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告中期報(bào)告一、研究背景及意義電力諧波是指在交流電力系統(tǒng)中，除了基波頻率外，出現(xiàn)的其它頻率的電信號(hào)。由于非線性負(fù)載等原因，電力諧波在電力系統(tǒng)中十分普遍。電力諧波對(duì)電力質(zhì)量和電力設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的影響，例如會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)下降、電流過大、能量損失增加等。因此，檢測(cè)和分析電力諧波顯得十分重要。離散傅里葉變換（DFT）是頻域分析中的常用算法。然而，DFT在計(jì)算過程中需要進(jìn)行大量的乘法和加法運(yùn)算，當(dāng)信號(hào)長度較長時(shí)，計(jì)算復(fù)雜度很高。因此，實(shí)際應(yīng)用中通常采用快速傅里葉變換（FFT）算法來加速計(jì)算。FFT算法的計(jì)算復(fù)雜度為$O(nlog_2n)$，比DFT算法的計(jì)算復(fù)雜度$O(n^2)$要低得多。FFT算法在數(shù)字信號(hào)處理中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本課題旨在設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于FFT算法的電力諧波檢測(cè)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的諧波進(jìn)行分析和檢測(cè)。二、研究?jī)?nèi)容1、FFT處理器的設(shè)計(jì)FFT處理器是本系統(tǒng)中的核心部分，它能夠高效地進(jìn)行FFT計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力信號(hào)的諧波檢測(cè)。本課題計(jì)劃基于VerilogHDL，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)使用Butterfly結(jié)構(gòu)的8/16/32位FFT處理器。具體設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）支持8/16/32位數(shù)據(jù)輸入。（2）支持2/4/8/16/32點(diǎn)FFT計(jì)算。（3）采用Butterfly結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，支持流水線并行計(jì)算。（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，占用資源少。2、通信協(xié)議的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)需要與上位機(jī)進(jìn)行通信，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的通信協(xié)議。本課題計(jì)劃基于UART協(xié)議和PCserialport，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)FFT計(jì)算結(jié)果的傳輸和參數(shù)設(shè)置。具體設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）支持PCserialport。（2）支持FFT結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸。（3）支持FFT參數(shù)設(shè)置。三、已完成工作（1）研究FFT算法，掌握了FFT變換原理和Butterfly結(jié)構(gòu)；（2）完成了FFT處理器的8/16位設(shè)計(jì)，支持2/4點(diǎn)FFT計(jì)算；（3）完成了通信協(xié)議的初步設(shè)計(jì)，支持UART協(xié)議。四、下一步工作（1）完善FFT處理器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)32位FFT計(jì)算和8/16/32點(diǎn)FFT計(jì)算；（2）設(shè)計(jì)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)FFT結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置功能；（3）將FFT處理器和通信協(xié)議進(jìn)行整合和測(cè)試，確保系統(tǒng)的正確性和可靠性。五、參考文獻(xiàn)[1]覃浩鵬,丁中華.基于VerilogHDL的FFT處理器設(shè)計(jì)[D].長春:吉林大學(xué),2003.[2]李新元,王明.數(shù)字信號(hào)處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.[3]LelandB.Jackson.DigitalSignalProcessing:AnI