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基于嵌入式平台的多功能仪器的研究与设计

作　者: 陈大兵
导　师: 赵建
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: VXI总线数字多用表频谱分析数字下变频
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在以S3C2410为核心的嵌入式通用仪器仪表平台的基础上,设计仪器仪表功能模块,使其形成一台便携式、低功耗的具有频率计、信号发生器、数字万用表、数字存储示波器、数据采集卡、频谱分析仪功能的网络型多功能检测仪器,可以完成在测试现场条件下的测试激励信号产生和测试信号的采集、处理、显示和网络传输。在项目研究过程中,接到《飞机系统自动测试与故障诊断技术研究》预研子课题,需要对DC-150MHz的信号进行处理,就需要在VXI总线基础上,研制一块子板。它的测量频率范围为DC-150M,可以完成6位半低频电压测量,频率测量,波形及频谱分析等功能。所以在现有的仪器仪表功能模块的设计基础上,将以S3C2410为核心的嵌入式平台的接口变成VXI接口,同时分析了现有的通用测量仪器,提出了自己设计方案。将整个频率段分为3段,DC-20KHz,20KHz-20MHz,20MHz-150MHz,每段分别进行处理。每个频段进行模块化设计,最终综合形成完整的模块。本文详细介绍了每部分的设计原理,并详细说明了各部分设计的方法,同时给出了软件设计的方法及流程。用一块VXI子板完成高精度中低频信号的检测,是一项新的研究课题,有巨大的实用价值,不仅适用于飞机系统自动测试的特定应用领域,在其它ATE系统中都有广泛用途。本课题的完成,将可以大大减少现代测试系统中低频信号检测的硬件与软件复杂度。由于本系统的数据输出方式用双口RAM,很容易改变接口方式,可将VXI接口改变为PXI接口或基于ARM的嵌入式应用平台等,可以形成多种不同的仪器或测试设备,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 嵌入式仪器及总线仪器  8-12
    1.1.1 嵌入式系统发展及现状  8-11
    1.1.2 嵌入式系统在仪器仪表中的应用  11-12
    1.1.3 VXIbus 仪器和系统  12
  1.2 任务来源及目标  12-13
    1.2.1 任务来源及背景  12-13
    1.2.2 本课题主要研究内容及意义  13
  1.3 国内外研究状况  13-15
    1.3.1 国外研究概况  14
    1.3.2 国内研究概况  14-15
  1.4 主要工作内容  15-16
第二章研制整体方案确定  16-24
  2.1 模块整体功能及技术指标  16-17
  2.2 本课题的主要技术难点及解决方法  17-21
    2.2.1 直流精度及分辨力指标  17-18
    2.2.2 交流测量精度  18-19
    2.2.3 频率测量精度  19-20
    2.2.4 高速数据采集及处理  20
    2.2.5 20MHz-150MHz 信号处理  20-21
    2.2.6 系统稳定性及可靠性  21
  2.3 系统整体方案设计  21-24
第三章硬件系统电路设计  24-50
  3.1 输入信号调理电路  24-37
    3.1.1 直流电压信号调理电路  24-26
    3.1.2 交流电压信号调理电路  26-29
    3.1.3 谐波下变频电路设计  29-34
    3.1.4 频率测量电路设计  34-37
  3.2 模拟测量电路  37-42
    3.2.1 24 位AD 设计电路  37-38
    3.2.2 16 位80MHz ADC 采集设计  38-41
    3.2.3 矩阵开关电路设计  41-42
  3.3 数字电路部分设计  42-47
    3.3.1 DSP 核心系统  42-45
    3.3.2 外部存储器连接  45-46
    3.3.3 CPLD 电路设计  46-47
  3.4 系统精度及噪声分析  47-50
    3.4.1 精度分析  47-48
    3.4.2 系统噪声分析  48-50
第四章软件系统设计  50-67
  4.1 固件驱动程序（单片机、FPGA）  50-51
    4.1.1 单片机控制程序  50-51
    4.1.2 FPGA 程序  51
  4.2 DSP 数据处理程序  51-64
    4.2.1 FFT 程序  51
    4.2.2 数字解调  51-54
    4.2.3 波形插值算法  54-58
    4.2.4 DSP 与VXI 总线通信程序  58-64
    4.2.5 校准程序  64
  4.3 上位机软件及软面板程序  64-67
第五章系统测试结果及总结  67-76
  5.1 系统完成情况  67
  5.2 系统测试方法及测试结果  67-76
    5.2.1 数字电压表精度测试  67-73
    5.2.2 其它功能测试  73-76
第六章总结与展望  76-80
  6.1 工作总结  76-77
  6.2 下一步工作  77-80
    6.2.1 增加电阻测量功能  77-78
    6.2.2 增加电流测量功能  78
    6.2.3 优化设计提高稳定性及可靠性  78
    6.2.4 扩展综合仪器功能  78-80
感谢  80-81
参考文献  81-83
研究成果  83-84
附录A 项目验收测试标准及依据  84-89
  1、试验条件  84
  2、验收内容  84-87
    2.1 外观检查  84
    2.2 性能测试  84-87
      2.2.1 电压测量精度  84-85
      2.2.2 频率计  85-86
      2.2.3 示波器功能测试  86
      2.2.4 频谱分析仪  86-87
  3、测试使用的仪器仪表设备  87-88
  4. 测试方法说明  88-89

基于嵌入式平台的多功能仪器的研究与设计

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