多功能综合测试仪4通道数据采集模块设计

论文摘要

数据采集模块在实验研究、测试和测量以及工业自动化领域中被广泛应用于组建数据采集系统。通过虚拟仪器技术,数据采集系统可以完成各种测试、测量、自动化的应用任务。本文设计的数据采集模块是多功能综合测试仪的一个重要部分,利用虚拟仪器技术,上位机软件调用硬件驱动完成数据的采集和数据处理,实现标量网络分析仪、失真度分析仪、高斯计三种仪器的功能。本数据采集模块使用USB接口,提供3个模拟输入通道,1个UART接口。硬件电路分为内置和外置两部分;借助软件对硬件采样数据的处理,使得外置模块完成高斯信号数据采集功能,内置模块负责标量网络和失真信号的数据采集功能。内置部分以FPGA作为控制核心,采用独立存储器作为数据缓存,外置部分通过UART接口与内置部分通信,内置部分通过USB与上位机通信,两部分都含有信号调理电路。驱动程序采用USB微控制器的驱动程序作为硬件通信接口,负责硬件的控制和数据的处理。本文的主要工作和成果为:(1)分析了数据采集的目标信号特性以及3类仪器功能、参数需求,并按照需求的异同点设计硬件方案。(2)完成芯片选型和硬件电路实现,单片机与FPGA程序设计与实现。(3)设计硬件控制和数据处理算法。(4)调试和修改硬件电路与驱动程序,并针对测试和校准过程中遇到主要问题进行分析并提出解决方法;对指标测试结果进行分析。最终,经过硬件与软件的联合调试与测试,本数据采集模块实现了三种仪器的功能;按照测试规范完成测试,测试结果分别达到指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景以及国内外发展现状
• 1.2 研究意义和价值
• 1.3 本文工作以及文章结构
• 第二章 硬件方案设计
• 2.1 设计需求分析
• 2.1.1 标量网络数据采集需求分析
• 2.1.2 失真度数据采集需求分析
• 2.1.3 高斯信号数据采集需求分析
• 2.2 硬件总体方案设计
• 2.2.1 内置模块的数据采样与存储方案设计
• 2.2.2 内置模块信号调理电路方案设计
• 2.2.3 外置模块数据采集方案
• 2.2.4 数据采集模块通信接口方案
• 第三章 硬件电路设计与实现
• 3.1 数据采集模块内置电路设计
• 3.1.1 标量网络数据采集信号调理电路
• 3.1.2 失真信号数据采集通道调理电路
• 3.1.3 数据采样与存储电路
• 3.1.4 与上位机通信接口电路
• 3.2 数据采集模块外置电路设计
• 3.2.1 电路结构
• 3.2.2 工作流程
• 3.2.3 通信方式
• 3.3 控制电路设计
• 3.3.1 接口模块
• 3.3.2 采样控制模块
• 3.3.3 温度采集模块
• 3.3.4 存储器读写模块
• 第四章 硬件控制与数据处理算法设计
• 4.1 标量网络数据采集算法设计
• 4.1.1 校准算法
• 4.1.2 数据采样
• 4.1.3 数据读取算法
• 4.1.4 测量算法
• 4.2 失真信号数据采集算法设计
• 4.2.1 数据采集算法
• 4.2.2 测频算法
• 4.2.3 失真度、信纳测量算法
• 4.3 高斯计数据采样算法
• 第五章 模块调试与结果分析
• 5.1 通信链路测试
• 5.1.1 测试方案设计
• 5.1.2 VC 与 MATLAB 混编的测试软件的设计
• 5.2 标量网络分析仪调试
• 5.2.1 同步采样方式的改进
• 5.2.2 驻波比电桥校准
• 5.2.3 测试结果与分析
• 5.3 失真度分析仪调试
• 5.3.1 失真信号的生成
• 5.3.2 电压档位调试与校准
• 5.3.3 去耦电容布线优化的效果
• 5.3.4 测试结果与分析
• 5.4 高斯计调试
• 5.4.1 校准 B、V 关系式
• 5.4.2 测试结果与分析
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录