基于ARM的材料试验机测试系统的研究与开发

论文摘要

材料试验机是测定材料机械性能的基本设备之一,应用范围广泛。它主要由机械、加载及测试等系统组成,其中测试系统是试验机不可缺少的组成部分,它对试验机的性能又起着决定性作用。随着实验科学的发展、科技的进步以及应用需求的增加,旧有的测试系统已逐渐不能适应人们的测试需求,为了扩大传统材料试验机的应用范围,全面提高测量的准确性、实验效率和智能化水平,越来越多的高新技术正在被引入到材料试验机测试系统领域。本课题属于企业委托的技术开发项目,其目的是开发一套用于材料性能测试的试验机测试系统。针对项目委托方提出的功能要求,经过对试验机测试技术及其发展趋势的研究分析,最终确定采用USB总线技术,设计一款基于32位嵌入式微处理器ARM的集数据采集、分析、显示为一体的试验机测试系统。基于课题的研究内容,本文在分析研究USB和ARM技术的基础上,围绕着设计目标,从整体方案的选择、测试系统的软硬件设计等方面阐述了主要开展的设计研究工作。重点对系统硬件电路设计、固件程序设计、设备驱动程序设计和应用程序设计的实现进行了深入论述。为验证所设计的测试系统是否达到实际要求,本文采用实测的方式进行测试研究。测试结果表明,本测试系统工作稳定可靠,各项功能均达到了预定的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 材料试验机简介
• 1.2 材料试验机测试技术及其发展趋势
• 1.3 课题的来源及研究任务
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 材料试验机测试系统总体方案设计
• 2.1 系统工作原理
• 2.2 系统测量原理
• 2.2.1 载荷测量原理
• 2.2.2 变形测量原理
• 2.3 试验机测试系统的方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 USB 总线的体系结构
• 3.1 USB 总线的简介及特点
• 3.2 USB 系统的结构
• 3.2.1 USB 主机
• 3.2.2 USB 设备
• 3.3 USB 事务处理
• 3.3.1 字段格式
• 3.3.2 信息包的格式
• 3.3.3 事务处理
• 3.4 USB 传输类型
• 3.5 USB 的枚举过程
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 ARM 微处理器概述
• 4.1.1 ARM 微处理器的特点、应用和分类
• 4.1.2 ARM 微处理器的选型
• 4.2 AT91SAM7S64 微处理器简介
• 4.2.1 AT91SAM7S64 微处理器特点
• 4.2.2 AT91SAM7S64 微处理器结构
• 4.3 基于 AT91SAM7S64 的硬件电路设计
• 4.3.1 电源电路
• 4.3.2 调试接口电路
• 4.3.3 RS-232 通信接口电路
• 4.3.4 USB 接口电路
• 4.3.5 模数转换电路
• 4.3.6 处理器周边电路
• 4.4 数据采集板印刷电路
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 固件设计
• 5.1.1 AD 采集程序
• 5.1.2 脉冲检测程序
• 5.1.3 USB 通信程序
• 5.2 设备驱动程序设计
• 5.2.1 WDM 驱动模型概述
• 5.2.2 利用Driver Studio 生成USB 驱动程序
• 5.2.3 USB 驱动程序的组成
• 5.3 应用程序设计
• 5.3.1 驱动通信模块
• 5.3.2 数据采集处理模块
• 5.3.3 试件参数设置模块
• 5.3.4 系统标定模块
• 5.3.5 曲线显示模块
• 5.3.6 用户界面
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果以及误差分析
• 6.1 载荷量性能测试
• 6.1.1 零点漂移
• 6.1.2 回零误差
• 6.1.3 重复性及误差
• 6.2 系统整体性能测试
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文及参加的科研项目