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高速数据采集记录装置研制

作 者: 徐红伟
导 师: 乔立岩
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 高速数据采集 大容量数据存储 同步存储 CF卡 Ultra DMA
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 190次
引 用: 4次
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内容摘要


当前飞行器功能日趋复杂、性能不断提升,为了确保飞行器功能的完备与工作状态的稳定,需要在研发过程中对飞行器进行大量的试验来测试其各种状态下工作的情况。高速数据采集记录装置的研制即是为记录飞行试验过程中飞行器各种关键信号的信息。实时记录的各种信号的数据对于飞行器性能的评估、状态的分析以及后续的技术改进提供重要的依据。本文首先介绍了高速数据采集记录装置需要完成的任务,根据其功能、机械尺寸等特点对该设备进行了功能的划分,采用模块化的方式实现了整体设计方案。设计中采用4片AD7658级联的方式实现了23路慢变量信号的并行采集与串行输出。并行采集保证了各信号之间的相位关系,串行输出的方式节省了控制器的I/O资源,降低了PCB的设计难度。设计中采用3片型号为ADS62P43的双通道高速ADC实现了6路视频信号的采集,每通道采样率为60MSa/s。采用CF(CompactFlash)卡作为高速大容量数据存储介质,同时使用SDRAM作为高速缓冲存储器,克服了CF卡读写速度不固定的特性,实现了高速大容量的数据存储。23路慢变量信号的存储容量为512MB,6路视频信号的总存储容量为24GB。数据通过USB2.0接口发送给计算机,数据传输速度为15MB/s。最后对设备的技术指标进行了测试与分析,结果表明高速数据采集记录装置的各项指标满足任务要求。高速数据采集记录装置拥有良好的扩展性,在不改变现有硬件电路的基础上,通过更换容量更大、速度更高的CF卡可实现存储容量和存取速度的提升。该设备已经成功应用于某飞行器的飞行试验,试验结果表明该设备工作稳定,性能可靠,完全满足任务要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外现状分析  10-14
    1.2.1 数据存储技术的发展历程  10-11
    1.2.2 国外在该领域的发展现状  11-12
    1.2.3 国内在该领域的发展现状  12-13
    1.2.4 数据采集存储系统的发展方向  13-14
  1.3 论文的主要内容及文章结构  14-15
第2章 高速数据采集记录装置方案设计  15-23
  2.1 高速数据采集记录装置的任务要求  15-18
    2.1.1 慢变量信号和脉冲信号的采集与存储要求  15-17
    2.1.2 视频信号的采集与存储要求  17
    2.1.3 其他要求  17-18
  2.2 系统的设计原则  18
  2.3 系统组成与工作原理  18-22
    2.3.1 系统的组成  18-21
    2.3.2 系统的工作原理  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 高速大容量数据存储的实现  23-37
  3.1 非易失固态存储介质的选择  23-24
  3.2 CF 卡读写控制  24-34
    3.2.1 CF 卡内部结构  24-25
    3.2.2 CF 卡配置方式  25-31
    3.2.3 CF 卡寻址方式  31
    3.2.4 Ultra DMA 模式下CF 卡的读写方式  31-34
  3.3 改进的CF 卡读写控制方法  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 主控卡与背板卡的设计  37-48
  4.1 主控卡的设计  37-43
    4.1.1 USB 接口电路设计  38-39
    4.1.2 功耗预算与电源模块选择  39-40
    4.1.3 全局时钟电路设计  40-43
  4.2 背板卡设计  43-47
    4.2.1 背板卡的结构  43-44
    4.2.2 背板总线的定义  44-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章 低速数据采集卡的设计  48-59
  5.1 多通道数据采集实现方案  48-50
  5.2 慢变量信号与控制信号隔离方法  50-51
    5.2.1 慢变量信号的隔离  50-51
    5.2.2 控制信号的隔离  51
  5.3 低速数据采集卡控制逻辑的设计  51-58
    5.3.1 数据帧头和帧尾的设置  52-55
    5.3.2 数据上传模块的设计  55-57
    5.3.3 CF 卡总线仲裁模块的设计  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章 高速数据采集卡的设计  59-70
  6.1 高速数据采集电路的设计  59-61
    6.1.1 高速数据采集方案选择  59-60
    6.1.2 模拟信号调理电路设计  60-61
  6.2 多通道数据同步存储方法  61-66
    6.2.1 数据同步存储方法一  62-64
    6.2.2 数据同步存储方法二  64
    6.2.3 数据同步存储方法三  64-65
    6.2.4 数据同步存储方法四  65-66
  6.3 高速缓存电路的设计  66-69
    6.3.1 高速缓存电路的必要性  66-68
    6.3.2 高速大容量缓冲存储器的选择  68
    6.3.3 SDRAM 的读写控制  68-69
  6.4 本章小结  69-70
第7章 高速数据采集记录装置测试  70-83
  7.1 采样精度的测试  70-71
  7.2 通道一致性精度的测试  71-80
    7.2.1 通道一致性测试数据处理方法  72-74
    7.2.2 单组内I 和Q 信号采样延时测试  74-76
    7.2.3 两组间信号采样延时测试  76-79
    7.2.4 误差分析  79-80
  7.3 CF 卡写入速度测试  80-81
  7.4 数据上传速度测试  81-82
  7.5 本章小结  82-83
结论  83-84
参考文献  84-88
附录  88-89
攻读学位期间发表的学术论文及专利申请  89-91
致谢  91-93

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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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