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分布式数据同步采集系统的设计与实现

作　者: 朱建华
导　师: 胡艳军
学　校: 安徽大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 时钟同步技术 数字锁相环技术 FPGA 数据同步采集
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 2次
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内容摘要


随着分布式数据同步采集技术的飞速发展,分布式数据同步采集系统已经得到了普遍的应用,其中数据同步采集技术和实时处理技术发挥的作用也越来越重要。分布式数据同步采集系统中最重要的要求就是尽量提高数据采集的同步性以及数据采集准确性。为了实现分布式数据同步采集系统高精度数据同步采集和处理的实时性要求,设计了一种利用数字锁相环芯片AD9548直接锁定GPS秒脉冲完成同步信号合成,实现数据同步采集的方案；并设计实现了具有时钟同步模块、数据采集控制模块和数据处理模块的数据同步采集系统。本文首先介绍了时钟同步技术和数字锁相环技术的基本原理和特点；通过对现有典型时钟同步方案的总结和分析,分析了GPS时钟同步技术、IRIG-B码时钟同步技术、NTP协议时钟同步技术、硬脉冲同步技术和串口报文同步技术的原理和特点；然后在现有时钟同步技术的基础上,给出了系统设计的时钟同步方案；进行了分布式数据同步采集系统的各个模块的软硬件设计。系统由五个模块组成,即电源模块、时钟同步模块、信号采集调理模块、FPGA逻辑控制模块、OMAPL138信号处理模块。时钟同步模块采用Ublox公司的GPS模块LEA-5S和ADI公司的时钟同步芯片AD9548实现；数据采集控制电路以Xilinx公司的现场可编程门阵列器件XC3S1600E为核心,扩展了AD采集模块、GPS信息解码模块、FIFO存储模块、接口模块和DA输出模块；运算部分以TI公司的OMAPL138为核心,负责对采集到的数据进行实时处理,最后对分布式数据同步采集系统进行了多项测试及分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外时钟同步技术研究现状  9-10
  1.3 本文的主要工作和内容安排  10-12
第二章 分布式数据同步采集系统原理及关键技术  12-19
  2.1 时钟同步技术  12-14
    2.1.1 时钟同步技术简介  12-13
    2.1.2 时钟同步在分布式系统中的作用及意义  13-14
  2.2 数字锁相环技术  14-16
    2.2.1 锁相环原理和特点  14-15
    2.2.2 数字锁相环原理和特点  15-16
  2.3 典型时钟同步方案  16-18
    2.3.1 GPS时钟同步技术  16
    2.3.2 网络时间协议NTP  16-17
    2.3.3 IRIG-B码时钟同步技术  17-18
  2.4 基于AD9548的时钟同步方案  18-19
第三章 分布式数据同步采集系统设计  19-49
  3.1 系统总体设计  19-21
  3.2 电源部分电路  21-26
    3.2.1 系统电源管理  23-24
    3.2.2 电源转换电路设计  24-25
    3.2.3 AD9548电源模块设计  25-26
  3.3 时钟同步模块的实现  26-30
    3.3.1 GPS模块电路  26-28
    3.3.2 AD9548系统电路  28-30
  3.4 噪声采集系统的硬件电路设计  30-34
    3.4.1 AD转换电路  30-32
    3.4.2 DA转换电路  32-34
  3.5 FPGA逻辑控制模块的实现  34-46
    3.5.1 AD采集控制模块  34-36
    3.5.2 时间提取模块  36-40
      3.5.2.1 串口接收模块  37-38
      3.5.2.2 分频器模块  38
      3.5.2.3 接收控制模块  38-39
      3.5.2.4 发送控制模块  39-40
    3.5.3 数据存储FIFO模块  40-42
      3.5.3.1 FIFO的基本结构  40-41
      3.5.3.2 FIFO的FPGA实现  41-42
    3.5.4 FPGA与OMAPL138之间的通信模块  42-44
    3.5.5 DA输出逻辑控制模块  44-46
      3.5.5.1 DAC8544的数据转换特点  44-45
      3.5.5.2 DAC8544逻辑控制模块程序设计  45-46
  3.6 信号处理模块  46-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章 测试及分析  49-54
  4.1 时钟同步性测试  49-51
  4.2 信号采样分辨率测试  51-52
  4.3 单通道采样率测试  52-54
第五章 总结与展望  54-56
  5.1 全文总结  54-55
  5.2 下一步展望  55-56
参考文献  56-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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