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基于LAN的数字示波器研制

作　者: 郭朋飞
导　师: 姜守达
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: LAN接口数字示波器 NIOS II FPGA
分类号: TM935.37
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 52次
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内容摘要

随着网络技术的发展,自动测试系统正朝着网络化的方向发展。针对这一情况,本文研制了一种基于LAN的数字示波器模块,以满足我单位研制的“基于网络的导弹一体化测试设备”的需要。本文首先分析了课题的国内外研究现状,然后根据功能要求和性能要求提出了模块的总体设计方案。在此基础上,采用ADC08200实现了最高实时采样率为200MSa/S的模数变换电路;设计了具有40M(-3dB)带宽的模拟通道电路、数据采集单元电路,并对模拟通道进行了仿真验证。在FPAG内嵌入了NIOS II软核处理器,并设计了时钟产生模块、触发控制模块、FIFO存储模块、频率测量模块、本地接口模块等电路,充分利用了FPGA灵活的电路设计特点以及其丰富的硬件资源。并成功实现了数据捕捉、频率测量等功能,本地接口逻辑实现了和NIOS II、LAN接口板的正常数据通信。在软件设计中,编写了上位机模块驱动程序,驱动程序通过调用底层驱动函数实现了和LAN接口板的网络通信;编写了运行在NIOS II处理器上的主控程序和中断响应程序,主控程序主要完成硬件初始化,接收上位机发送的命令和参数,并根据命令和参数执行相应的命令函数。有命令和参数的写入时,系统就会执行中断响应程序,充分保证了通讯的可靠性。最后对整个系统进行了测试,测试结果表明,本系统设计合理,实现了数字示波器的基本功能,满足设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-11
    1.2.1 国外相关技术发展现状及分析  9-11
    1.2.2 国内相关技术发展状及分析  11
  1.3 本课题的主要研究内容  11-12
  1.4 本文结构  12-13
第2章系统总体方案  13-20
  2.1 功能要求和性能指标  13-14
    2.1.1 功能要求  13
    2.1.2 性能指标  13-14
  2.2 总体结构设计分析  14-15
  2.3 硬件方案  15-18
    2.3.1 模拟通道电路设计方案  16-17
    2.3.2 数据采集单元设计  17-18
    2.3.3 其他硬件电路设计  18
  2.4 软件方案  18-19
    2.4.1 测试设备软件整体结构  18
    2.4.2 功能模块NIOS II 软件方案  18
    2.4.3 上位机软件方案  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章硬件设计  20-43
  3.1 模拟通道电路设计及仿真  20-27
    3.1.1 AC/DC 耦合网络  20
    3.1.2 无源衰减和过压保护网络  20-22
    3.1.3 阻抗变换网络  22
    3.1.4 可变增益放大网络  22-23
    3.1.5 ADC 驱动及直流偏移网络  23-24
    3.1.6 RC 网络  24-25
    3.1.7 模拟通道电路的仿真及结果分析  25-27
  3.2 数据采集单元设计  27-37
    3.2.1 模数变换电路设计  28
    3.2.2 采样原理和采样方式  28-29
    3.2.3 示波器工作模式及触发电路设计  29-31
    3.2.4 FIFO 存储器的选择及其在FPGA 内部的实现  31-32
    3.2.5 时钟产生电路设计  32-34
    3.2.6 频率测量模块设计  34-35
    3.2.7 本地接口逻辑设计  35-37
  3.3 其他硬件电路设计  37-39
  3.4 NIOS II 系统硬件部分设计  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章软件设计  43-57
  4.1 软件结构  43
  4.2 NIOS II 软件设计  43-52
    4.2.1 NIOS II IDE 介绍  43-44
    4.2.2 中断响应程序设计  44
    4.2.3 NIOS II 功能函数设计  44-52
  4.3 上位机程序设计  52-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章系统调试和性能测试  57-71
  5.1 调试环境的搭建  57-58
  5.2 软硬件调试方法  58-62
    5.2.1 硬件调试方法  58
    5.2.2 软件调试方法  58-59
    5.2.3 软硬件联合调试  59-61
    5.2.4 调试过程中出现的问题  61-62
  5.3 系统测试和结果分析  62-71
    5.3.1 模拟通道性能测试  62-63
    5.3.2 系统功能测试  63-68
    5.3.3 系统总体性能测试  68-71
结论  71-72
参考文献  72-76
致谢  76

基于LAN的数字示波器研制

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