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基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制

作　者: 金长江
导　师: 唐文彦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 电感传感器 FPGA 数据采集系统 Nios II USB
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 416次
引　用: 2次
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内容摘要


电感传感器因其精度高、工作可靠、使用寿命长等优点,广泛应用于微位移测量。在传统的数据采集系统中,调理电路由分立元件组成,控制电路采用片上资源有限且速度较慢的单片机,这样不仅不利于系统的小型化,并且对硬件系统的可靠性也有影响。随着现代集成电路技术的迅速发展,调理电路出现了集成芯片,数据采集模块的控制核心也越来越多的采用片内资源丰富、具有嵌入式控制器的FPGA。本文以基于FPGA的电感传感器数据采集系统为主要研究内容,具体研究内容如下:本文简要介绍了国内外电感传感器及其数据采集系统研究现状,探讨了FPGA技术发展现状,在总结了近年来数据采集技术的发展历程和发展方向的基础上,确定了以FPGA及其嵌入式Nios II软核处理器为控制核心构建数据采集系统。本数据采集系统的硬件系统由模拟和数字两部分组成,其中模拟部分完成电感传感器信号调理、放大滤波、A/D转换、抗干扰设计;数字部分以FPGA芯片EP1C3为控制核心,采用Verilog HDL设计实现了A/D采样控制、FIFO缓存,并结合Nios II软核处理器,实现通讯接口控制逻辑。系统软件设计分为USB通讯程序和主机应用程序。USB通讯程序包括固件程序、驱动程序,本文利用所构架的Nios II软核,采用Nios II集成开发环境C/C++语言,通过建立固件程序框架使程序各部分之间的功能更加明晰。驱动程序和主机应用程序在Visual C++6.0以及辅助开发工具DriverStudio和WinXP DDK下实现。最后通过实验证明数据采集系统基本达到预期的目的,为进一步的产品实际应用开发奠定了良好的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景及目的  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-13
    1.2.1 电感式传感器发展及应用现状  9-10
    1.2.2 数据采集技术发展现状  10-11
    1.2.3 FPGA发展及应用  11-13
  1.3 本文的研究内容  13-14
第2章 系统分析及总体设计  14-19
  2.1 引言  14
  2.2 电感传感器的工作原理  14-16
  2.3 系统的总体设计  16-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章 电感传感器测量系统硬件电路设计及实现  19-38
  3.1 引言  19
  3.2 电感传感器信号调理电路设计  19-23
    3.2.1 调理电路方案选择  19-20
    3.2.2 信号调理电路  20-23
  3.3 A/D转换电路设计  23-25
    3.3.1 A/D转换器选择  23
    3.3.2 A/D转换电路  23-25
  3.4 FPGA数字逻辑设计及实现  25-31
    3.4.1 EP1C3 配置  26-27
    3.4.2 采样控制器实现  27-28
    3.4.3 FIFO存储器  28-31
  3.5 USB通讯接口设计  31-33
    3.5.1 USB接口芯片应用现状  31-32
    3.5.2 ISP1581 接口设计  32-33
  3.6 电源及系统抗干扰设计  33-37
    3.6.1 电源设计  34-35
    3.6.2 系统抗干扰设计  35-37
  3.7 本章小结  37-38
第4章 Nios软核构架及USB程序开发  38-53
  4.1 引言  38
  4.2 Nios系统设计  38-45
    4.2.1 Nios处理器及Avalon总线  39-41
    4.2.2 Nios II软核配置  41-42
    4.2.3 自定义USB接口模块  42-45
  4.3 USB固件编程  45-49
    4.3.1 固件主程序  45-46
    4.3.2 中断服务程序  46-47
    4.3.3 USB标准请求处理  47-48
    4.3.4 厂商请求处理  48-49
  4.4 USB驱动编写  49-51
    4.4.1 WDM型USB驱动程序框架  49-50
    4.4.2 USB设备驱动程序开发  50-51
  4.5 本章小结  51-53
第5章 系统应用测试程序开发及实验  53-59
  5.1 引言  53
  5.2 系统应用程序开发  53-55
    5.2.1 应用程序与WDM通信  53-54
    5.2.2 应用测试程序  54-55
  5.3 实验及数据分析  55-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
附录  64-66
致谢  66

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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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