PXI高性能数字I/O模块研制

论文摘要

本文主要研究和设计了基于PXI总线的高性能数字I/O模块,高性能数字I/O模块是一种重要的数据域测试仪器,能够在数字系统的设备调试和故障诊断中根据实际需要,对目标系统施加数字激励,捕获系统产生的响应数据,为数字系统性能测试、现场调试、故障诊断提供有价值的试验依据,因而具有着广泛的用途和重要的应用价值。PXI总线高性能数字I/O模块的研制,对于提高我国数据域测试仪器研究水平具有重要的意义。本文在参阅了大量技术文献的基础上,根据PXI总线规范以及模块的性能指标要求,确定了总体方案。在此基础上设计了模块与总线的接口部分以及功能电路部分,采用Verilog HDL(Hardware Description Language)语言实现总线对模块各个功能部分的控制逻辑。针对模块的多通道,高数据速率,大存储深度等较高的技术指标要求,选择了三片大容量、高速同步静态随机存储器(SRAM)为核心器件。一片用于获取响应数据,一片用于输出激励数据,一片用于在一个时钟周期内将任一通道配置成激励/响应。这三片SRAM配合连续地址序列和同步时钟的方式,输出一个激励/响应可随时切换的数字激励响应序列。模块中利用FPGA实现对上述SRAM的控制。利用三态总线缓冲门设计了前端驱动电路,保证了激励输出有较大的驱动电流和激励响应之间的高速切换。采用直接数字频率合成器(DDS)产生频率可变时钟,使模块能以灵活多变的数据速率执行测试任务。在软件设计中,利用LabWindows CVI编写了符合VPP规范的仪器的驱动程序和软面板,针对数字系统测试的需要,编制了可直观反应激励数据的逻辑电平、时序关系、输入输出方向的友好界面,以及激励数据到SRAM的载入和响应数据到主机的上传显示。并提供了一个逻辑分析显示窗口,使用户直观地分析观察一个复杂数据流中任意一个令人感兴趣的片断。经调试和实际运行结果表明,本模块各项技术指标均满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数据域测试
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 数据域测试技术简介
• 1.2 自动测试系统、虚拟仪器和PXI总线
• 1.2.1 自动测试系统简介
• 1.2.2 虚拟仪器简介
• 1.2.3 PXI总线简介
• 1.3 课题的目的意义和国内外研究现状
• 1.4 本文结构和主要研究内容
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 高性能数字I/O模块技术指标
• 2.2 模块的工作原理
• 2.3 硬件设计方案
• 2.3.1 硬件系统总体框图
• 2.3.2 PXI接口方案选择
• 2.3.3 控制逻辑器件选择
• 2.3.4 存储器件选择
• 2.3.5 前端驱动器件选择
• 2.4 软件设计方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 硬件设计
• 3.1 功能电路设计
• 3.1.1 SRAM设计
• 3.1.2 前端驱动电路设计
• 3.2 FPGA内部逻辑设计
• 3.2.1 FPGA总体设计与寄存器定义
• 3.2.2 总线接口模块
• 3.2.3 SRAM 控制模块
• 3.2.4 连续地址产生模块
• 3.2.5 可变时钟产生模块
• 3.3 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 软件设计规划
• 4.1.1 仪器驱动程序开发概述
• 4.1.2 驱动程序的功能需求
• 4.2 主界面软面板设计
• 4.2.1 VPP 主界面软面板设计要求和原则
• 4.2.2 通过主界面对仪器操作
• 4.3 副界面软面板设计
• 4.3.1 激励数据制作面板设计
• 4.3.2 响应数据读取面板设计
• 4.3.3 逻辑波形分析界面设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 调试、应用和噪声干扰分析
• 5.1 调试中遇到的问题和解决办法以及实际测试
• 5.1.1 遇到的问题和解决办法
• 5.1.2 实际测试
• 5.2 噪声干扰分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢