基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制

论文摘要

电感传感器因其精度高、工作可靠、使用寿命长等优点,广泛应用于微位移测量。在传统的数据采集系统中,调理电路由分立元件组成,控制电路采用片上资源有限且速度较慢的单片机,这样不仅不利于系统的小型化,并且对硬件系统的可靠性也有影响。随着现代集成电路技术的迅速发展,调理电路出现了集成芯片,数据采集模块的控制核心也越来越多的采用片内资源丰富、具有嵌入式控制器的FPGA。本文以基于FPGA的电感传感器数据采集系统为主要研究内容,具体研究内容如下:本文简要介绍了国内外电感传感器及其数据采集系统研究现状,探讨了FPGA技术发展现状,在总结了近年来数据采集技术的发展历程和发展方向的基础上,确定了以FPGA及其嵌入式Nios II软核处理器为控制核心构建数据采集系统。本数据采集系统的硬件系统由模拟和数字两部分组成,其中模拟部分完成电感传感器信号调理、放大滤波、A/D转换、抗干扰设计;数字部分以FPGA芯片EP1C3为控制核心,采用Verilog HDL设计实现了A/D采样控制、FIFO缓存,并结合Nios II软核处理器,实现通讯接口控制逻辑。系统软件设计分为USB通讯程序和主机应用程序。USB通讯程序包括固件程序、驱动程序,本文利用所构架的Nios II软核,采用Nios II集成开发环境C/C++语言,通过建立固件程序框架使程序各部分之间的功能更加明晰。驱动程序和主机应用程序在Visual C++6.0以及辅助开发工具DriverStudio和WinXP DDK下实现。最后通过实验证明数据采集系统基本达到预期的目的,为进一步的产品实际应用开发奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及目的
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 电感式传感器发展及应用现状
• 1.2.2 数据采集技术发展现状
• 1.2.3 FPGA发展及应用
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 系统分析及总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 电感传感器的工作原理
• 2.3 系统的总体设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 电感传感器测量系统硬件电路设计及实现
• 3.1 引言
• 3.2 电感传感器信号调理电路设计
• 3.2.1 调理电路方案选择
• 3.2.2 信号调理电路
• 3.3 A/D转换电路设计
• 3.3.1 A/D转换器选择
• 3.3.2 A/D转换电路
• 3.4 FPGA数字逻辑设计及实现
• 3.4.1 EP1C3 配置
• 3.4.2 采样控制器实现
• 3.4.3 FIFO存储器
• 3.5 USB通讯接口设计
• 3.5.1 USB接口芯片应用现状
• 3.5.2 ISP1581 接口设计
• 3.6 电源及系统抗干扰设计
• 3.6.1 电源设计
• 3.6.2 系统抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 Nios软核构架及USB程序开发
• 4.1 引言
• 4.2 Nios系统设计
• 4.2.1 Nios处理器及Avalon总线
• 4.2.2 Nios II软核配置
• 4.2.3 自定义USB接口模块
• 4.3 USB固件编程
• 4.3.1 固件主程序
• 4.3.2 中断服务程序
• 4.3.3 USB标准请求处理
• 4.3.4 厂商请求处理
• 4.4 USB驱动编写
• 4.4.1 WDM型USB驱动程序框架
• 4.4.2 USB设备驱动程序开发
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统应用测试程序开发及实验
• 5.1 引言
• 5.2 系统应用程序开发
• 5.2.1 应用程序与WDM通信
• 5.2.2 应用测试程序
• 5.3 实验及数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢