嵌入式高速数据采集器的研制

论文摘要

由于电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器领域中的应用，电子测量仪器的功能和作用己经发生了质的变化。在先进的测控系统中，不仅希望设备能够单独进行测试，还希望它们之间能够互相通信，构成测试系统，甚至是测试网络，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断，这是电子行业本身给测试设备提出的要求，传统的测试仪器在此方面受到很大的限制。由于上述原因，并且随着电子技术和计算机技术的快速发展以及价格不断下降，改变了传统的电子技术设计观念，使原来部分由硬件完成的功能，现在能由软件实现。本文设计了一种双通道嵌入式高速数据采集器。此虚拟数据采集器由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要部分组成。其中，数据分析和结果输出显示完全由PC机软件来完成，数据采集是在软件的控制下由硬件实现的。硬件方面，被测信号经过衰减或程控放大送入高速A／D进行数模转换，转换后得到的高速数据缓存在FPGA中，并由LPC2142的USB接口发送给PC进行处理和分析，同时在FPGA中实现了采集器所需的触发电路、等精度测频电路、时钟分频电路；软件方面，在成功移植μC／OS-Ⅱ到LPC2142的基础上设计了采集器控制固件，并编制了动态链接库使LabVIEW软件和USB驱动程序无缝链接。此系统将数据采集的硬软件紧密结合，实现比传统仪器更强大的功能。此数据采集器具有如下优点：硬件成本相对较低，用户可自定义其功能；通过升级PC软件和FPGA固件便可以完成功能的升级和扩充；具有高的可靠性、良好的移植性和易于维护性。系统的设计性能指标为：采样频率1k～20MHz可调、模拟带宽1MHz、输入电压范围1mV～20V、具备多参数分析和处理功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电子测量的发展现状
• 1.1.1 电子测量仪器的演变与发展
• 1.1.2 电子测量仪器的新概念和新趋势
• 1.1.3 下一代电子测量仪器的展望
• 1.2 嵌入式系统简介
• 1.3 课题的提出及本文主要内容
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 本文的主要内容
• 第二章 计算机在测量应用中的理论
• 2.1 数据采集与转换技术
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 模—数转换（A/D）
• 2.1.3 数-模转换（D/A）
• 2.2 时域分析和频域分析技术
• 2.2.1 信号的时域分析技术
• 2.2.2 频谱分析技术
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 系统总体方案
• 3.2 硬件系统的概述
• 3.3 模拟电路部分设计
• 3.3.1 信号衰减电路
• 3.3.2 可变增益放大电路
• 3.4 数字电路部分设计
• 3.4.1 模数转换器AD9238
• 3.4.2 微控制器LPC2142
• 3.4.3 FPGA器件选择
• 3.4.4 基于FPGA的固件设计
• 第四章 LPC2142上的控制软件设计
• 4.1 整体设计方案
• 4.2 ZLG/USB2142软件包的总体设计思想
• 4.3 ZLG/USB2142软件包的应用
• 4.4 移植μC/OS-Ⅱ到ARM7
• CPU.H'>4.5 编写OS_CPU.H
• 4.5.1 不依赖于编译的数据类型
• 4.5.2 使用软中断SWI作底层接口
• cpu_a.s'>4.5.3 编写Os_cpu_a.s
• CPU_C.C文件'>4.6 编写Os_CPU_C.C文件
• 4.7 用户程序的编写
• 第五章 LABVIEW应用软件的设计
• 5.1 LabVIEW概述
• 5.2 LabVIEW应用软件的整体结构框图
• 5.3 系统的应用软件编制
• 5.3.1 主界面程序
• 5.3.2 LabView驱动非NI数据采集卡的方法
• 5.3.3 程序面板的编写
• 第六章 系统的调试实验结果
• 6.1 系统的性能指标
• 6.2 实验调试结果
• 第7章 结论和展望
• 7.1 课题总结
• 7.2 待续的工作
• 参考文献
• 在校期间发表的论文
• 致谢