基于PXI总线的数字应变仪的关键技术研究

论文摘要

在以嵌入式计算机作为测控系统核心的今天,实现小型化、便携化、多功能、数字化的测试仪器是发展的趋势。在此背景下,本文着手研制了基于PXI总线协议的数字化电阻应变仪,在力、压力、加速度等非电量的测试领域中,它将有着更加广泛的应用前景。本文首先对于实现数字化应变仪进行了讨论,包括:电阻应变仪测量电桥、电桥自动调零及电桥标定电路的设计;程控激励源的设计;电阻应变仪系统信号调理电路的设计,与嵌入式计算机的通信等。而后研究了基于PXI的测试仪器,特别是其关键的零槽控制器,从而实现了应变仪的仪器化和数字化。这部分工作包括:在参阅了大量技术参考文献的基础上,对PXI总线嵌入式控制器的基本原理和实现方法作了深入细致的研究,确定了总体方案。详细阐述了在PXI仪器硬件设计中,PC104嵌入式计算机与CompactPCI总线的总线接口电路设计（即PCI-PCI的桥接技术）、重点分析了PCI的各种信号和非PCI信号的路由和处理方式,在PXI总线自动测试系统的模块资源和控制者资源之间建立了可靠的通信通道。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 应变仪的分类
• 1.3 应变仪的发展现状
• 1.4 应变仪的发展趋势
• 1.5 PXI协议简介
• 1.6 本文的工作简介
• 第2章 系统总体方案
• 2.1 系统框图
• 2.2 结构设计
• 第3章 测试电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 测量电桥
• 3.3 应变电桥的自动调零
• 3.3.1 调零的基本原理
• 3.3.2 自动调零的实现途径
• 3.3.3 调零电路的设计
• 3.3.4 自动调零电路设计
• 3.4 测量电桥的标定
• 3.4.1 并联大电阻法
• 3.4.2 电桥标定法
• 3.4.3 电桥标定电路的实现
• 3.5 激励源的设计
• 3.5.1 程控激励源的实现原理
• 3.5.2 程控电压基准电路
• 3.5.3 可程控电源的接口设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 信号调理电路
• 4.1 引言
• 4.2 放大电路的设计
• 4.2.1 放大电路的组成
• 4.2.2 程控增益选择电路
• 4.3 滤波方案的实现
• 4.3.1 滤波方案的确定
• 4.3.2 滤波器的幅度响应
• 4.3.3 滤波器的相频响应
• 4.4 数据采集
• 4.4.1 采样/保持器（TM）
• 4.4.2 A/D转换器
• 4.4.3 ADC的接口电路
• 4.5 本章小结
• 第5章 应变仪的MCU设计
• 5.1 FPGA的时钟和系统配置
• 5.1.1 FPGA的时钟设置
• 5.1.2 FPGA的下载与配置
• 5.2 MCU的数据存储系统及接口扩展电路设计
• 5.3 应变仪的触发设置
• 5.4 应变仪的PXI接口及配置
• 5.4.1 PXI接口
• 5.4.2 PXI附属卡的配置空间
• 5.5 本章小结
• 第6章 PXI总线嵌入式控制器硬件设计
• 6.1 引言
• 6.2 PCI总线简介
• 6.2.1 PCI总线规范的组成与特点
• 6.2.2 PCI总线信号与数据传输规范
• 6.3 零槽控制器的嵌入式计算机选择
• 6.4 PCI-PCI桥接技术及其实现
• 6.4.1 PCI-PC桥接规范
• 6.4.2 桥接芯片的实现
• 6.4.3 桥接芯片电源和地的连接
• 6.4.4 PCI-PCI桥的中断仲裁的实现
• 6.4.5 PCI总线一次侧的连接
• 6.4.6 PCI总线二次侧的连接
• 6.4.7 桥接芯片内部寄存器操作
• 6.5 PXI的其它信号处理研究
• 6.5.1 IDSEL的系统卡实现
• 6.5.2 时钟路由
• 6.5.3 中断线路由
• 6.5.4 非 PCI信号
• 6.6 本章小结
• 第7章 系统调试及总结
• 7.1 试验条件
• 7.1.1 环境条件
• 7.1.2 测试系统组成
• 7.1.3 仪器设备
• 7.2 功能调试
• 7.2.1 电桥的自动调平和标定
• 7.2.2 激励源的输出
• 7.2.3 信号放大与ADC转换电路
• 7.2.4 PXI协议通信验证
• 7.3 设计问题及解决
• 总结
• 致谢
• 参考文献