基于PCI的扭矩测量卡的设计与实现

论文摘要

面临ISA接口的扭矩卡将被淘汰的局面，本课题主要侧重于基于PCI接口扭矩卡的设计与实现。设计中采用FPGA技术将PCI控制器、相位测量模块、转速测量模块、ADC控制器、DAC控制器和通用IO控制器完全集成在一颗FPGA芯片中。简化了系统设计，提高了系统性能，且显著减小了系统的PCB面积，使系统的集成度大大提高。采用电源隔离和总线隔离技术，提高了系统的抗干扰能力。在相位测量部分采用双边沿过零鉴相的方法，从理论上消除了由于失调电压引起的误差。在转速测量部分，采用延时消抖的方法，消除了由于FPGA芯片相应速度太快引起的抖动误差。在ADC和DAC部分，采用串行SPI总线，有利于隔离总线的设计，采用偏置调节和放大倍数调节放大器，使采样输入电压和DAC转换输出电压都能够完全达到系统的设计要求。在GPIO的设计中采用低速光隔离器件，提高了系统的抗干扰能力，同时减低了系统的成本。在软件方面，使用Driver Studio和Vsiual studio c++开发了PCI的WDM驱动程序、DLL程序及其相关测试程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 研究内容及方法
• 1.3 论文结构安排
• 第2章 PCI总线概述
• 2.1 引言
• 2.2 计算机总线的发展
• 2.3 PCI总线简介
• 2.3.1 PCI总线的产生和发展
• 2.3.2 PCI局部总线的特点
• 2.4 PCI局部总线的信号定义
• 2.5 PCI局部总线的操作
• 第3章 扭矩测量概述
• 3.1 扭矩测量基本方法
• 3.2 磁电式相位差型扭矩传感器的原理
• 第4章 驱动程序概述
• 4.1 Windows 2000操作系统总体结构概述
• 4.2 Windows 2000中的驱动程序种类
• 4.3 Windows 2000操作系统中的硬件特权等级
• 4.4 WDM驱动程序模型
• 第5章 扭矩测量卡的硬件设计
• 5.1 PCI接口电路的设计
• 5.2 相位检测的设计
• 5.2.1 相位测量原理
• 5.2.2 过零鉴相误差的消除
• 5.2.3 过零鉴相的理论依据
• 5.2.4 过零鉴相的设计实现
• 5.2.5 相位测量单元的设计
• 5.3 转速测量单元的设计
• 5.4 ADC控制单元的设计
• 5.5 DAC控制单元的设计
• 第6章 驱动程序的设计
• 6.1 WDM驱动程序的构造方法
• 6.2 WDM驱动程序的框架设计与实现
• 6.2.1 建立DriverStudio开发驱动程序的环境
• 6.2.2 利用DriverStudio工具生成驱动程序的框架
• 6.3 WDM驱动程序关键技术和源代码实现
• 6.3.1 设备初始化例程
• 6.3.2 创建设备例程
• 6.3.3 硬件资源分配例程
• 6.3.4 访问硬件例程
• 6.3.5 访问寄存器
• 6.4 应用程序与驱动程序的通信
• 6.4.1 打开设备
• 6.4.2 关闭设备
• 6.4.3 DeviceIoControl（）函数的调用
• 结论
• 致谢
• 参考文献