电器试验参数高速信号拾取的研究

论文摘要

目前,低压电器正向大容量化、小型化和高性能化方向发展,同时对低压电器产品的性能和可靠性提出更高的要求。为了检测低压电器产品的性能,需要高精度的检测设备。在分析国内外研究现状后,我们研制了“开关电器试验参数高速采集与处理系统”,完成对电路功率因数、电源频率、焦耳积分(I~2t)、燃弧时间以及触头两端电压等主要参数的高速采集和处理。 为实现电器试验数据高速采集,本系统在FPGA中设计实现PCI总线内核,实现PCI总线的高速通讯;进一步设计了适当的存储系统,充分利用了FIFO器件解决了A/D部分和PCI总线速度不同步问题,实现高速A/D和PCI总线稳定可靠地工作;选择了合适A/D芯片,实现电器试验数据转换。设计制作完成的电器试验数据高速采集卡,经测试符合设计要求,即:实现9个独立的检测输入,每通道采集频率均可达1MHz,数据采集系统数据准确,运行稳定可靠。由于试验现场的多干扰源,为了进一步提高系统的准确性,在FPGA中设计FIR数字滤波器,对采集的信号进行实时处理。同时还设计了Windows 2000平台下基于WDM的驱动程序设计和电器试验参数算法的软件设计。 论文涵盖了高速PCI数据采集卡的硬件电路设计、FPGA技术、数字滤波技术,WDM驱动开发技术以及电器试验参数的算法设计。

论文目录

• 第一章 绪言
• §1-1 引言
• §1-2 高速数据采集技术基础
• §1-3 关于微机总线的发展
• §1-4 数据采集系统的数据传输与存储技术
• §1-5 系统简介和论文结构安排
• 1-5-1 系统简介
• 1-5-2 论文结构安排
• 第二章 数据采集与数字信号处理理论
• §2-1 信号采样与量化
• 2-1-1 采样
• 2-1-2 量化
• §2-2 FIR数字滤波器的FPGA实现
• 2-2-1 FIR的基本概念
• 2-2-2 FIR滤波器的优化
• 2-2-3 分布式算法
• 2-2-4 系统设计与实现
• 2-2-5 设计结果
• 第三章 PCI接口技术
• §3-1 PCI规范简介
• 3-1-1 PCI总线系统结构
• 3-1-2 PCI信号定义
• §3-2 PCI总线操作
• 3-2-1 读操作
• 3-2-2 写操作
• 3-2-3 传输终止
• §3-3 PCI总线的仲裁机制
• §3-4 PCI总线的延迟
• 第四章 基于PCI数据采集卡的硬件设计
• §4-1 硬件系统组成及工作原理
• §4-2 各电路单元功能
• 4-2-1 多路开关电路MAX4614
• 4-2-2 A／D转换电路
• 4-2-3 FIFO单元电路
• 4-2-4 FPGA单元电路
• 4-2-5 模拟信号条理电路部分
• §4-3 数据采集的同步控制
• 4-3-1 主动触发方式
• 4-3-2 被动触发方式
• 4-3-3 自动触发方式
• §4-4 可编程逻辑器件（FPGA）设计
• 4-4-1 FPGA设计概述
• 4-4-2 FPGA开发软件和数据下载线介绍
• 4-4-3 FPGA实现数据采集控制与传送控制器
• §4-5 基于FPGA的PCI内核设计
• 4-5-1 PCI接口配置空间
• 4-5-2 PCI接口状态机
• 4-5-3 奇偶校验位的产生
• 4-5-4 命令解码及地址计数
• 4-5-5 DMA控制器的设计
• 4-5-6 PCI数据采集卡寄存器
• 4-5-7 FPGA设计中的难点讨论
• 第五章 高速数据采集系统软件设计
• §5-1 基于PCI总线的驱动程序开发
• 5-1-1 WDM驱动程序概述
• 5-1-2 WDM开发工具简介
• 5-1-3 Drivers Studio工具包介绍
• 5-1-4 识别总线上的PCI设备
• 5-1-5 读写配置空间取得配置信息
• 5-1-6 对硬件端口的访问
• 5-1-7 驱动程序与应用程序的通信
• §5-2 电器试验参数高速数据采集系统软件设计
• 5-2-1 总体设计思路
• 5-2-2 试验参数简介
• 5-2-3 电器试验参数计算方法
• 第六章 系统调试和测试结果
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果