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32通道扫描数采LXI模块的研制
作 者: 李双力
导 师: 童子权
学 校: 哈尔滨理工大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: LXI总线 扫描数采 SOPC系统 TCP/IP协议
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文研制了一种基于LXI的32通道扫描数据采集模块。扫描数据采集模块在国防,工业控制,生物医药,环境监测等诸多领域都有广阔的应用空间。本文设计的扫描数采模块不仅能够顺序扫描各采集通道信号,还能够对各通道的采集顺序和次数进行编程,实施点名数据采集。在仪器总线和自动测试领域中,对数据传输和综合处理能力的要求越来越高。所以随着以太网技术的不断发展,一种灵活性高,操作简便的测试总线应运而生,这就是LXI总线。LXI总线接口集成方便,控制简单,LXI的机箱结构灵活而紧凑,在通风散热和电磁兼容等方面也较GPIB,PCI,PXI等总线有明显优势。2004年9月LXI联盟才正式成立,基于LXI总线的设备研发正在如火如荼地进行,目前国内还鲜有成形的产品或模块问世,本文对基于LXI接口的数采模块进行了探索性的实践。本模块由三部分组成:前端模拟信号处理部分,数字逻辑及中央控制部分,LXI总线接口部分。32路差分信号经过过压保护后,由两级多路开关选出一路差分信号,再用双四选一多路开关确定信号输入方式。然后信号由程控增益放大器放大。最后信号被ADC采集并由系统存储,以备上位机查询。在FPGA内构建SOPC系统,对整个数采系统的运行进行控制。CPLD与FPGA用SPI总线相连接,主要功能是解析各种控制命令并实现控制功能。LXI的以太网物理层接入由网络控制芯片来完成,此芯片控制灵活,操作简便。TCP/IP协议无需操作系统即可运行,小巧灵活。适合C类LXI接口的应用。本模块的数据采集效果较为理想。达到了技术要求的各项指标,TCP/IP协议运行正常,实现了LXI总线要求。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第1章 绪论 11-18 1.1 课题来源及意义 11 1.2 LXI 总线概况 11-14 1.2.1 测试总线的发展 11-12 1.2.2 LXI 总线的分类与特点 12-14 1.2.3 LXI 总线的国内外发展状况 14 1.3 模块概述 14-16 1.3.1 技术指标 14-15 1.3.2 总体方案综述 15-16 1.4 主要工作内容 16-18 第2章 模拟电路设计 18-49 2.1 通道选择电路 18-21 2.1.1 输入信号的过压保护 18 2.1.2 通道选择 18-21 2.1.3 信号输入方式选择 21 2.2 增益控制电路 21-24 2.3 信号测量电路(ADC) 24-35 2.3.1 工作模式 26-27 2.3.2 AD7612 的输出编码 27 2.3.3 模拟输入 27-30 2.3.4 输入输出参考电压 30-32 2.3.5 AD7612 的电源 32 2.3.6 转换控制 32-33 2.3.7 AD7612 的接口 33-35 2.4 电源设计 35-40 2.4.1 模块的电源需求 35 2.4.2 电源功耗的考量 35-38 2.4.3 电源的实现 38-40 2.5 误差分析 40-48 2.5.1 误差的种类与处置方法 40-43 2.5.2 误差来源 43-44 2.5.3 误差的评定 44-46 2.5.4 误差验证 46-48 2.6 本章小结 48-49 第3章 数字电路及逻辑设计 49-70 3.1 构建SOPC 系统 49-56 3.1.1 FPGA 的选择 49-50 3.1.2 创建CPU 50-52 3.1.3 时钟与复位 52-53 3.1.4 SDRAM 的选择 53-54 3.1.5 Flash 的选择 54-56 3.1.6 添加串口 56 3.2 CPLD 的控制功能 56 3.3 LXI 以太网物理层设计 56-58 3.4 SOPC 开发流程 58-59 3.5 控制策略 59-64 3.5.1 扫描策略逻辑 59-62 3.5.2 A/D 采样率控制逻辑 62-64 3.6 NIOS II 外围设备 64-68 3.6.1 DMA 控制核 64-65 3.6.2 ENC28J60 接口 65-66 3.6.3 EPCS 串行Flash 控制器 66-68 3.6.4 串口配置 68 3.6.5 I/O 接口 68 3.6.6 SOPC 系统生成 68 3.7 本章小结 68-70 第4章 LXI 设备驱动与调试 70-76 4.1 软件总体构架 70-71 4.2 模块驱动 71-74 4.2.1 M25PX64 驱动 71-72 4.2.2 DMA 驱动 72 4.2.3 以太网驱动 72-74 4.3 设备调试 74-75 4.3.1 网页再现 74-75 4.3.2 上位机调试 75 4.4 本章小结 75-76 结论 76-77 参考文献 77-80 攻读学位期间发表的学术论文 80-81 致谢 81
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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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