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基于PXI总线的检测系统研制

2020-12-10阅读(725)

基于PXI总线的检测系统研制

论文摘要

PXI(PCI eXtensions for Instruments)总线是PCI总线在测试及仪器领域的扩展,主要应用于仪器和自动化等技术领域。基于PXI总线的测试设备或系统以其开放的体系结构、低廉的成本、优异的便携性等特点,正被应用到越来越多测试任务中。本文根据具体系统设计需求,研制完成了一套基于PXI总线的发控设备检测系统。文章首先结合某型号发控设备的特点分析了该设备的测试需求,根据任务书提出的性能指标,确定了基于PXI总线的检测系统总体设计方案,并完成了模块选型和概要设计。接着,研究了基于IP核和专用接口芯片的两种PXI总线接口电路设计方法,并分别通过PCI Compiler IP核和PCI9054专用接口芯片进行了设计验证。同时,还开展了PXI模块的热插拔功能研究,并基于支持热插拔的PCI9054接口芯片和LTC1646电源管理芯片提出并实现了具体应用方案。在开展PXI总线接口技术的基础上,根据检测系统中模块的功能和技术指标特点,提出了相应模块的研制方案,并重点对并行A/D和扫描A/D数据采集模块设计中的关键技术问题,包括通道隔离、噪声抑制、误差校正等内容开展了研究。最后,设计了系统的具体调试方案,并给出了测试过程,针对数据采集模块采样偏置误差较大的情况,研究了目前常用的数据采集模块精度校正方法,并给出了一种基于最小二乘法获得校正参数,再对采样数据进行处理的误差校正方案,通过原始数据和校正后数据的对比,分析了采用该方法进行模块校正所达到的效果。课题完成了基于PXI总线的检测系统研制,实现了基于IP核的PXI接口控制电路设计,以及模块热插拔功能的设计验证。并通过通道校正方法提高了数据采集模块的采样精度。经过现场实物联调,检测系统的各项测试功能满足设计要求,同时成本较低、便携性较强,实现了预定功能及性能指标。该装置已完成调试并交付使用,现已应用到了某发控系统的测试工作中。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及研究的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状及分析
  • 1.2.1 PXI总线检测系统概述
  • 1.2.2 PXI总线技术现状分析
  • 1.3 本文的研究内容与结构
  • 第2章 设计方案
  • 2.1 需求分析
  • 2.1.1 测试设备主要功能
  • 2.1.2 设计思路
  • 2.1.3 关键技术指标
  • 2.2 总体设计方案
  • 2.2.1 PXI总线检测系统体系结构
  • 2.2.2 仪器模块选择
  • 2.2.3 系统软件环境及驱动
  • 2.3 硬件方案设计
  • 2.3.1 32 通道扫描A/D模块
  • 2.3.2 8 通道并行A/D模块
  • 2.3.3 继电器开关模块
  • 2.3.4 双向数字I/O模块
  • 2.3.5 RS-422&RS-485 模块
  • 2.3.6 D/A模块
  • 2.4 软件设计方案
  • 2.4.1 软件开发平台
  • 2.4.2 软件设计内容及方案
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 PXI总线接口设计
  • 3.1 基于IP核的PXI接口设计技术
  • 3.1.1 FPGA及IP核的介绍
  • 3.1.2 基于IP核的PXI接口设计
  • 3.2 基于PC19054 的接口电路设计
  • 3.3 PXI模块仪器热插拔技术
  • 3.3.1 热插拔规范
  • 3.3.2 热插拔的硬件电路设计
  • 3.3.3 热插拔的软件设计
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 PXI总线数据采集模块设计
  • 4.1 8 通道并行A/D模块设计
  • 4.1.1 工作原理及结构
  • 4.1.2 硬件电路设计
  • 4.1.3 基于FPGA的并行A/D固件设计
  • 4.1.4 数据存储电路设计
  • 4.2 32 通道扫描A/D模块设计
  • 4.2.1 工作原理及结构
  • 4.2.2 硬件电路设计
  • 4.2.3 基于FPGA的扫描A/D固件设计
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 调试
  • 5.1 调试平台及调试内容
  • 5.1.1 调试目标和原则
  • 5.1.2 调试平台
  • 5.1.3 调试内容及步骤
  • 5.2 调试过程
  • 5.2.1 PXI接口和热插拔功能调试
  • 5.2.2 8 通道并行A/D采集模块
  • 5.2.3 32 通道扫描A/D采集模块
  • 5.2.4 其它自研模块调试过程
  • 5.3 A/D模块的校正
  • 5.3.1 仪器校正方法
  • 5.3.2 A/D模块校正设计方案
  • 5.3.3 校正结果
  • 5.4 调试结果
  • 5.4.1 调试过程的代表性问题
  • 5.4.2 功能模块调试结果
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录1 系统整体实物图
  • 附录2 并行A/D及扫描A/D模块
  • 附录3 8 通道D/A模块测试记录
  • 附录4 8 通道并行A/D模块测试记录
  • 附录5 32 通道扫描A/D模块测试记录
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

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