时域反射测量技术在示波表中的应用

论文摘要

数字示波表作为基本的电子测量工具广泛应用于各个领域。随着测量领域的不断拓宽,示波表需要具有越来越多的功能。现在的示波表一般都具有多用表功能,可以对电子元器件进行参数测量[1]。本课题在此基础上,提出以示波表为平台,依据传输线原理,将时域反射测量技术应用到示波表中,使示波表的功能扩展应用到电缆故障测距领域中。本设计采用低压脉冲反射法的基本原理,在FPGA中构建程控可变宽度和延时的脉冲信号发生器。产生的源脉冲以及电缆的反射脉冲通过信号采样后,显示在人机界面上。利用光标测量出两个脉冲的时差并计算出电缆长度或故障位置,根据脉冲的相位差判断故障类型,还可通过测量定长电缆的脉冲时差计算信号在电缆中的额定传输率。本文主要介绍该课题相关的软件设计,微处理器使用NXP公司生产的LPC2138,基于ARM7TDMI-S核,在ADS v1.2平台下进行软件开发。本文将整个软件系统分为脉冲信号产生模块、脉冲信号采集模块、光标测量参数模块、脉冲信号模拟通道控制模块和显示处理模块。脉冲信号产生模块主要介绍如何控制脉冲的延时和宽度;脉冲信号采集模块采用峰值采样和等效采样两种采样方式,着重介绍等效采样的波形重构原理;参数测量模块采用光标测量,通过光标的移动来测量参数,可选择不同的额定传输率值来计算距离;模拟通道控制模块介绍对串/并转换芯片和数/模转换芯片的控制,以及通道的自校准功能;显示模块介绍硬件接口电路,人机界面采用多级弹出式菜单设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究本课题的目的和意义
• 1.2 时域反射测量技术的原理
• 1.3 国内外时域反射测量仪器发展现状
• 1.4 本论文的设计任务
• 第二章 时域反射测量技术的理论分析
• 2.1 传输线原理
• 2.2 TDR 时域反射的原理
• 2.3 本设计采用的时域反射测量方法
• 2.4 时域测量源脉冲的选择
• 2.5 测量范围与测量误差
• 第三章 系统的总体设计
• 3.1 系统总体框架
• 3.2 系统总体软件方案
• 3.3 系统地址空间分配
• 第四章 系统软件详细设计
• 4.1 脉冲信号产生模块
• 4.1.1 游标卡尺原理
• 4.1.2 脉冲信号发生器
• 4.1.2.1 脉冲延时产生
• 4.1.2.2 脉冲宽度产生
• 4.1.3 脉冲信号产生模块的控制
• 4.2 脉冲信号的采集
• 4.2.1 脉冲信号采样方式
• 4.2.1.1 峰值采样
• 4.2.1.2 等效采样
• 4.2.2 ADC 采样控制
• 4.2.3 时基的控制
• 4.2.4 脉冲波形拼合的算法
• 4.2.5 脉冲信号触发点的控制
• 4.3 光标测量参数
• 4.4 脉冲信号模拟通道的控制
• 4.4.1 CD4094 的控制
• 4.4.2 AD5318 的控制
• 4.4.3 脉冲信号通道自校准
• 4.5 人机界面显示模块
• 4.5.1 液晶显示接口
• 4.5.1.1 利用CPLD 构造显示接口电路
• 4.5.1.2 同列多点显示的地址产生模块
• 4.5.1.3 屏蔽寄存器模块
• 4.5.1.4 底层接口函数
• 4.5.2 字符显示模块
• 4.5.3 显示菜单设计
• 第五章 测量验证与分析
• 5.1 电力电缆的种类和结构
• 5.2 测量与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果