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基于USB的多功能测试系统的研究

作　者: 马千里
导　师: 朱祖超；黄克强
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: USB总线 DSP 数据采集波形发生 FPGA
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 278次
引　用: 3次
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内容摘要

随着我们所处的工业环境越来越复杂，现场工程师对机电设备检测的易用性、简便性的要求随之不断提高。因此，本文提出了一种集成了采样和激励信号发生双重功能的机电系统多功能测试系统的方案，该方案充分利用USB的易用性，结合功能强大的DSP芯片，并将先进的FPGA作为控制中枢，体现出了现代虚拟仪器的风格，可以较好的满足当前大部分机电系统量测的要求。第一章首先综述了测试技术的发展和国内外的研究现状，并且介绍了虚拟器件和接口总线在测量系统中的应用，分析本设计的应用前景，提出了设计目标。第二章详细介绍了测试系统的系统硬件构成，包括硬件电路设计的总体思想以及电源模块、D/A模块、FPGA模块等各个子模块的电路设计，并结合应用要求提出了系统抗干扰的设计建议。第三章详细讨论了FPGA的设计和实现。介绍了可编程逻辑器件及其开发流程，重点介绍了本设计所涉及的在FPGA内部的总线控制、中央控制单元、数据转移以及AD采样控制等应用模块，并详细介绍了应用FX2芯片对FPGA实施在线配置方法。第四章具体阐述了基于EZ USB FX2的USB系统的设计方法，对USB固件的设计流程进行了介绍，给出了设计中端点配置和GPIF接口应用实例，并阐述了USB应用程序和驱动设计的要点。第五章在介绍了DSP的开发流程的基础上，详细介绍了利用查表法的原理，生成扫频波，周期信号，白噪声等器的原理，并对发生过程中的误差进行分析，提出了解决方案。本章还给出了DSP通过FPGA与上位机实现通讯的方法，并对利用DSP的串行口实现对DSP的在线可编程方法进行了详细的说明与阐述。第六章总结了以上的工作，并结合国内外的测试分析系统的发展趋势，分析了该系统的不足和设计缺失，提出了近一步的设想和展望。

全文目录

第一章绪论  8-20
  1.1 测试系统概述  8-13
    1.1.1 传统的测试系统  8-9
    1.1.2 虚拟仪器概述  9-10
    1.1.3 虚拟信号发生器技术  10-12
    1.1.4 虚拟仪器技术在测试中的应用  12-13
  1.2 测试系统中的总线技术  13-16
    1.2.1 总线技术介绍  13-15
    1.2.2 USB总线技术在测量控制领域的应用  15-16
  1.3 国内外的应用与研究现状  16-17
  1.4 课题研究的内容或前景  17-20
    1.4.1 研究的意义和内容  17-18
    1.4.2 应用前景  18
    1.4.3 课题目标  18-20
第二章硬件系统设计  20-30
  2.1 系统的设计思想  20-21
  2.2 硬件平台构成  21-26
    2.2.1 电源模块  21-24
    2.2.2 USB模块设计  24-25
    2.2.3 D/A模块  25
    2.2.4 FPGA模块  25-26
    2.2.5 DSP模块  26
  2.3 系统抗干扰设计  26-30
    2.3.1 电源的抗干扰设计  26-28
    2.3.2 FPGA和DSP的抗干扰设计  28-30
第三章 FPGA程序设计  30-44
  3.1 可编程逻辑器件  30-32
    3.1.1 CPLD和FPGA  30-31
    3.1.2 Cyclone系列的FPGA  31-32
  3.2 FPGA开发概述  32-34
    3.2.1 HDL概述  32
    3.2.2 HDL开发流程  32-33
    3.2.3 Quartus II软件  33-34
  3.3 系统的FPGA模块设计  34-37
    3.3.1 总线控制模块设计  35-36
    3.3.2 中央控制单元模块设计  36-37
  3.4 基于FPGA的采样控制  37-40
    3.4.1 AD7865的采样过程  37-38
    3.4.2 利用有限状态机来控制AD采样  38-40
  3.5 FPGA的在线配置  40-44
    3.5.1 FPGA的配置方式和配置文件  40-41
    3.5.2 基于微处理器的被动串行配置  41-42
    3.5.3 基于FX2的Cyclone配置方法  42-44
第四章 USB系统的设计  44-57
  4.1 EZ-USB FX2芯片介绍  44-48
    4.1.1 GPIF接口  45-46
    4.1.2 FX2的端点缓存配置  46-48
  4.2 USB的固件开发  48-51
    4.2.1 固件框架  49
    4.2.2 用户请求的响应  49-51
  4.3 USB驱动程序设计  51-57
    4.3.1 Winndows驱动程序模型(WDM)  51-54
    4.3.2 编写客户化的驱动程序  54
    4.3.3 应用软件设计  54-57
第五章 DSP系统的开发与设计  57-76
  5.1 DSP系统构成  57-61
    5.1.1 DSP系统的设计流程  57-58
    5.1.2 DSP系统的开发工具  58-60
    5.1.3 TMS320VC5509A DSP处理器  60-61
  5.2 基于DSP的信号发生器  61-67
    5.2.1 查表法  61
    5.2.2 查表法生成正弦信号  61-63
    5.2.3 线形扫频信号的生成  63-64
    5.2.4 混合法提高信号精度  64-65
    5.2.5 白噪声的产生  65-67
  5.3 DSP与FPGA的通讯  67-71
    5.3.1 5509的存储器映射  67-68
    5.3.2 波形数据的输出控制  68-69
    5.3.3 DSP与上位机的通讯  69-71
  5.4 DSP的在线系统编程方法  71-76
    5.4.1 TMS320VC5509A的启动引导模式  71-72
    5.4.2 AT25256A芯片及其读写操作  72-73
    5.4.3 接口电路和配置  73-76
第六章总结与展望  76-78
  6.1 工作总结  76
  6.2 改进方向  76-78
参考文献  78-81
附录一: 在硕士期间发表的论文  81-82
致谢  82

基于USB的多功能测试系统的研究

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