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基于FPGA的多通道数字位移传感器系统的研究与设计

作　者: 沈瑞
导　师: 王敏锡
学　校: 西南交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: FPGA 多通道数字位移传感器静态特性数据采集与处理仿真分析
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 27次
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内容摘要

数字位移传感器由于其信号的易处理特性,被广泛的应用于各个方面。对数字位移传感器的特性研究以及后期数据处理上,传统的方式是通过单片机来实现。由于单片机的接口固定,管脚不足以及无法实现复杂算中的一些并行计算,使得传统的利用单片机进行数字位移传感器的研究中出现了很多无法满足需求,测试精度不足的情况,导致对数字位移传感器的应用方面有所不足。由于FPGA (Field—Programmable Gate Array)内部结构的灵活性,以及内部资源的多样性,使得利用FPGA进行数字位移传感器的研究成为一种有效的新方法。不同于单片机,FPGA的管脚资源十分丰富,并且许多管脚资源可以根据功能需求进行自定义,使得FPGA能够针对传感器的研究特性,与传感器的外围辅助设备进行灵活的通信,保证通信的同步性以及可配置特性。不同于单片机的指令执行方式,FPGA通过内部综合成的逻辑电路来实现各种功能,使得具有同步关系的功能点能够同步执行,这使得传感器的数据融合能够跟精确的实现。在算法处理方面,由于FPGA内部集成了高精度的数字信号处理硬核,能够方便的实现定点以及浮点运算,这些数字信号处理硬核配合着内部灵活的控制逻辑进行应用,能够实现各种复杂的算法。本文通过使用FPGA来对多通道数字位移传感器进行研究,利用FPGA接口的灵活特性,实现以FPGA为主,外部辅助设备为辅的研究方式,来研究多通道数字位移传感器的静态特性。在对静态特性进行了详细的研究之后,结合所研究的静态特性,利用FPGA对多通道数字位移传感器进行了一套产品化的设计方案,将数字位移传感器的最终输出结果量化,实现了FPGA对多通道数字位移传感器全方位的研究。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 研究意义  13
  1.3 本文的主要工作  13-15
第2章多通道数字位移传感器原理  15-20
  2.1 电涡流传感器的原理  15-18
  2.2 多通道数字位移传感器设计原理  18-20
第3章数据采集与编码原理  20-31
  3.1 Spartan 3A DSP系列的FPGA介绍  20-22
  3.2 多通道数字位移传感器数据采集原理  22-24
    3.2.1 多路复用数据采集原理  22-23
    3.2.2 空分多路数据采集原理  23-24
  3.3 数字位移传感器频率—编码原理  24-31
    3.3.1 标准直接计数法  25-27
    3.3.2 间接计数法(周期测量)  27-28
    3.3.3 测量过程中所使用的频率—编码转换方式  28-31
第4章数字位移传感器数据处理原理  31-42
  4.1 数字滤波技术  31-38
    4.1.1 电磁干扰的滤波  31-33
    4.1.2 机械振动的滤波  33-38
  4.2 标度变换技术  38-39
  4.3 数据拟合原理  39-42
第5章数字位移传感器静态性能测试  42-60
  5.1 FPGA架构设计  43-52
    5.1.1 滤波模块的设计  44-45
    5.1.2 位移传感器数据编码模块的设计  45-48
    5.1.3 温度传感器数据采集控制模块  48-49
    5.1.4 伺服电机控制模块  49-51
    5.1.5 数据发送控制模块的设计  51-52
  5.2 数字位移传感器静态性能测试分析  52-60
    5.2.1 数字位移传感器线性度特性分析  52-54
    5.2.2 数字位移传感器稳定性特性分析  54-56
    5.2.3 数字位移传感器分辨率特性分析  56-58
    5.2.4 数字位移传感器温度漂移特性分析  58-60
第6章数字位移传感器标准数据处理设计分析  60-72
  6.1 机械干扰滤波  61-64
  6.2 数字信号归一化处理  64-67
  6.3 数据特征拟合  67-72
全文总结  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78

基于FPGA的多通道数字位移传感器系统的研究与设计

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