示波记录仪频率与温度模块研究与设计
发布时间：2020-08-01 17:27
【摘要】：在电力电子工业生产过程中,我们时常需要实时监测、分析和记录产品的频率、转速、温度、电压等物理量的变化,这样有助于保障产品的质量安全。传统的仪器仪表无法满足多种物理量信号的采集与处理、波形的显示与分析和长时间的记录等需求。本课题所研制的示波记录仪是一款可支持多种物理量信号波形测量、分析和记录的综合电子测量设备,能有效满足上述需求。其中,可插拔模块是示波记录仪实现多种物理量信号采集和处理主要核心部分之一。本文主要研究的是设计可插拔模块来实现高分辨率频率和与频率相关多个物理量的采集与处理,以及多个通道的宽范围温度或小电压信号的采集与处理。主要研究内容如下:1、从示波记录仪整体方案出发,根据指标需求选择相应的测量方法来设计高分辨率频率模块和多通道温度电压模块。结合时延法和直接测周法,采用TDC+FPGA方案来设计高分辨率频率模块。基于热电偶温度测量法来设计多通道温度电压模块。2、高分辨率频率模块设计。设计模拟通道电路将被测信号转换为方波信号。采用TDC+FPGA方案设计高分辨率测量模块,通过该模块实现了高分辨率的频率测量(≤625ps)。高分辨率测量模块测量得到的基本参数经多物理量运算模块运算后,可得到与频率相关多个物理量,实现与频率相关多个物理量的测量。3、多通道温度电压模块设计。设计16通道温度电压扫描模块结合FPGA控制来进行轮询采样,从而实现16个通道温度或电压测量。16通道温度电压扫描模块不仅支持8种类型热电偶,还具备热电偶断线检测和冷端温度测量功能。设计模拟通道电路把热电偶将温度转换成的热电动势或小电压信号调理为合适电压后再进入ADC采样。根据电压温度转换算法把电压值转换为对应温度值,实现宽范围的温度测量(-200℃~1800℃)。最终,测试与验证结果表明,高分辨率频率模块和多通道温度电压模块都满足设计需求。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM935
【图文】：
图 3-12 DAC 写操作时序图单次写入的串行数据共 24 位，分别是 7 位地址字节和 1 位读写操作、8 位控制命令字节、8 位数据高字节和 8 位数据低字节。当 SDA 数据高低电平变换而 SCL时钟处于高电平时，设定为写操作，开始进行数据写入到设定的 I2C 地址。在第 9个脉冲期间，将 SDA 置低，作为应答位 ACK。先将数据写入 DAC 控制寄存器，用来设置 DAC 的掉电、增益、复位等功能，设定增益 Gain 为 2 倍。配置完 DAC后，将数据写入到 DAC 寄存器，完成写操作后，会更新 DAC 的输出值。在 SCL是低电平时，SDA 线进行数据转换，在 SCL 高电平期间保持稳定。写数据完毕后，在第 9 个时钟期间将 SDA 置低，在第 10 个时钟期间将 SDA 置高，从而停止 SDA数据传输。3.2.2 模拟通道控制模块输入信号经过了模拟信号调理通道衰减、放大和滤波后进入了比较电路，输出为方波信号。模拟通道由 FPGA 控制。最后，方波信号经过数字隔离传输至高分辨
图 5-2 高分辨率频率模块和多通道温度电压模块图文设计的高分辨率频率模块和多通道温度电压模块频率模块前端的模拟通道电路和后端数字处理电输入一个测试信号然后通过万用表检测后端电路，温度电压模块由 16 通道温度电压扫描模块和后级测模块上前后端电路能否收到信号来判断电路连连通后，开始进行模块的验证与调试。道控制验证的硬件电路调试时，把模块与个人计算机 PC 通ilinxVivado 软件来发出控制命令，对模拟通道电路块和多通道温度电压模块的模拟通道电路都是需，所以先进行 FPGA 通道控制模块验证。
图 5-2 高分辨率频率模块和多通道温度电压模块图上图就是本文设计的高分辨率频率模块和多通道温度电压模块。首先，我们需要检测高分辨率频率模块前端的模拟通道电路和后端数字处理电路是否连通，通过 BNC 转接头输入一个测试信号然后通过万用表检测后端电路，收到信号即可保证连通。多通道温度电压模块由 16 通道温度电压扫描模块和后级电路组成，输入测试信号通过检测模块上前后端电路能否收到信号来判断电路连通。在保证了前后端电路能正常连通后，开始进行模块的验证与调试。5.2.1 FPGA 通道控制验证在进行模块的硬件电路调试时，把模块与个人计算机 PC 通过串口连接起来，在 PC 上通过 XilinxVivado 软件来发出控制命令，对模拟通道电路进行控制。由于高分辨率频率模块和多通道温度电压模块的模拟通道电路都是需要 FPGA 发出控制指令才能工作，所以先进行 FPGA 通道控制模块验证。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM935
【图文】：
图 3-12 DAC 写操作时序图单次写入的串行数据共 24 位，分别是 7 位地址字节和 1 位读写操作、8 位控制命令字节、8 位数据高字节和 8 位数据低字节。当 SDA 数据高低电平变换而 SCL时钟处于高电平时，设定为写操作，开始进行数据写入到设定的 I2C 地址。在第 9个脉冲期间，将 SDA 置低，作为应答位 ACK。先将数据写入 DAC 控制寄存器，用来设置 DAC 的掉电、增益、复位等功能，设定增益 Gain 为 2 倍。配置完 DAC后，将数据写入到 DAC 寄存器，完成写操作后，会更新 DAC 的输出值。在 SCL是低电平时，SDA 线进行数据转换，在 SCL 高电平期间保持稳定。写数据完毕后，在第 9 个时钟期间将 SDA 置低，在第 10 个时钟期间将 SDA 置高，从而停止 SDA数据传输。3.2.2 模拟通道控制模块输入信号经过了模拟信号调理通道衰减、放大和滤波后进入了比较电路，输出为方波信号。模拟通道由 FPGA 控制。最后，方波信号经过数字隔离传输至高分辨
图 5-2 高分辨率频率模块和多通道温度电压模块图文设计的高分辨率频率模块和多通道温度电压模块频率模块前端的模拟通道电路和后端数字处理电输入一个测试信号然后通过万用表检测后端电路，温度电压模块由 16 通道温度电压扫描模块和后级测模块上前后端电路能否收到信号来判断电路连连通后，开始进行模块的验证与调试。道控制验证的硬件电路调试时，把模块与个人计算机 PC 通ilinxVivado 软件来发出控制命令，对模拟通道电路块和多通道温度电压模块的模拟通道电路都是需，所以先进行 FPGA 通道控制模块验证。
图 5-2 高分辨率频率模块和多通道温度电压模块图上图就是本文设计的高分辨率频率模块和多通道温度电压模块。首先，我们需要检测高分辨率频率模块前端的模拟通道电路和后端数字处理电路是否连通，通过 BNC 转接头输入一个测试信号然后通过万用表检测后端电路，收到信号即可保证连通。多通道温度电压模块由 16 通道温度电压扫描模块和后级电路组成，输入测试信号通过检测模块上前后端电路能否收到信号来判断电路连通。在保证了前后端电路能正常连通后，开始进行模块的验证与调试。5.2.1 FPGA 通道控制验证在进行模块的硬件电路调试时，把模块与个人计算机 PC 通过串口连接起来，在 PC 上通过 XilinxVivado 软件来发出控制命令，对模拟通道电路进行控制。由于高分辨率频率模块和多通道温度电压模块的模拟通道电路都是需要 FPGA 发出控制指令才能工作，所以先进行 FPGA 通道控制模块验证。
【参考文献】
相关期刊论文 前7条
1 ;横河发布示波记录仪DL850E/DL850EV全新模块[J];国外电子测量技术;2015年10期
2 闫鑫;王晓娜;丁渊明;杨遂军;叶树亮;;热电偶快速高精度测温算法[J];传感器与微系统;2015年03期
3 宿非凡;朱亚彬;纪幸辰;;利用真空变温薄膜电阻实验仪测量热电材料特性参数[J];物理与工程;2013年03期
4 李立s
本文编号：2777771
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2777771.html
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