微波自动测量系统的数据采集卡研制

论文摘要

本文首先介绍了微波自动测量系统的原理,该系统改变了传统人工测量时速度慢、精度不高,而且易受人为干扰的测量模式,采用了自动测量的方法,大大提高了测量的精度和速度。同时,该系统还将点频测量以及扫频测量集一身,不仅可以测量点频状态下反射系数、驻波比,还可以测量扫频状态下的反射参量,谐振腔Q值等。该系统采用了国内最受欢迎的可视化编程软件LabVIEW进行编程,使界面不仅美观,而且简单易于操作。该系统性价比高,非常适用于微波教学实验中。在该系统中,数据采集卡起着十分重要的作用,是连接微机系统和网络分析仪的重要纽带。当前,由于数据采集系统的应用范围越来越宽、所涉及到的测量信号和信号源的类型越来越多、对测量的要求也越来越高,国内现在已有不少数据测量和采集的系统,但很多系统存在功能单一、采集通道少、速率低、精度不高、操作复杂,并且对测试环境要求较高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统。因此,本论文通过对数据采集技术的研究,结合微波自动测量系统的技术要求,提出了一套完整的技术方案,设计了一套基于微波自动测量系统的多通道高精度的数据采集卡,该卡采用单片机和CPLD相结合的技术,并采用12位高采样率的AD转换芯片和12位多通道的DA转换芯片进行模数和数模转换,提高了系统测量精度和速度。该卡通过串口实现单片机与PC机之间的通信,从而实现数据的快速可靠的传输,并将数据在PC机上显示。本文主要通过硬件和软件两大块来详细介绍数据采集卡的构成原理。硬件主要由六个模块构成:AD转换模块、DA转换模块、数字量输出接口模块、CPLD模块、单片机模块、串口通讯模块。其中,单片机提供数据总线通过串口与PC进行通信,并控制CPLD产生系统所需的译码电路和控制信号。CPLD的高集成性能够降低以前采用分离元件设计电路的复杂程度,简化了系统的硬件设计,缩短了开发周期,提高了系统可靠性和保密性,它的ISP（在线编程）功能极大的方便了整个开发过程。软件主要包括上位机以及下位机软件设计两大块。下位机采用C语言进行编程,基于业界比较流行的KEIL C编程环境,而上位机采用LabVIEW进行编程,通过调用NI-VISA与单片机进行通信,并制定了一套通信协议。最后,结合微波自动测量系统的软件,进行点频及扫频状态下的检测。测试结果表明,利用单片机和CPLD所设计的数据采集卡,所测得的测量误差达到了课题的设计要求,证明了论文所选方案的可行性和实用性。同时,该方案还可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化、智能家居等诸多领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微波测量技术概述
• 1.2 微波自动测量技术发展简史
• 1.3 微波自动测量技术的特点
• 1.4 课题背景技术及研究概况
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 数据采集的基本理论
• 2.1 数据采集过程
• 2.2 采样保持
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 系统总体硬件结构
• 3.2 主要电路设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 采集卡硬件设计
• 4.1 采集卡的工作原理
• 4.2 A/D转换模块
• 4.3 D/A转换模块
• 4.4 数字量输出接口模块
• 4.5 CPLD模块
• 4.6 单片机模块
• 4.7 串口通讯模块
• 4.8 本章小结
• 第五章 采集卡软件设计
• 5.1 下位机通讯程序设计
• 5.2 下位机采样程序设计
• 5.3 上位机通讯程序设计
• 5.4 上位机数据采集程序设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 测量结果和性能分析
• 6.1 点频测量
• 6.2 扫频测量
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 论文发表情况
• 致谢