基于CPLD的LCR测量系统设计

发布时间：2017-03-21 11:12

  本文关键词：基于CPLD的LCR测量系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电阻、电容、电感、变压器、晶体等无源器件种类繁多,是电子设备最常用电子元件,其性能对于电路模块乃至整机电气性能至关重要,有关这些元件性能的测试设备在电子产品的研制、生产、维护等环节有着极为广泛的需求。其中,LCR测试仪是无源电子元件性能检测最重要的基础设备。随着我国工业自动化水平的快速提高,对LCR测试仪的测量量程、速度、准确度、分析功能和通信功能都与传统仪器相比有着显著提升,满足现代高速流水线快速准确需求的新型LCR测试仪已成为这类仪器发展的趋势。本学位论文围绕一种基于ARM+CPLD+DDS的新型LCR测试仪的关键技术研究及样机研制开展工作,在对LCR测量机理研究的基础上,深入研究了提高测量量程、带宽、准确度、速度等性能的软硬件设计原理与方法。系统主要模块包括信号源模块、矢量电压/电流检测模块、数字处理模块。其中,信号源模块采用CPLD+DDS技术实现了频率DC-500kHz(分辨率Hz)、电压10mV-2V(分辨率：mV)的交直流电压源,及10mA～1A(分辨率：mA)的偏置直流电流源；矢量电压/电流信号检测模块首先采用矢量电压和经IN转换的电流信号,分时进入相敏检波电路,由CPLD控制实现多斜积分式ND转换器,实现矢量信号精密检测；数字处理模块,基于S3C6410实现数字信号的数字滤波、矢量分解、多参数转换,并通过建立测量通道的二端口测量模型,推导误差修正公式,利用标准器件法对仪器各量程进行系统误差的修正。本论文总共分六个章节：第一章详细介绍了LCR测试仪的应用背景和国内外研究现状,分析了本项目研究内容；第二章阐述了系统总体设计方案,深入分析了系统的重点和难点技术；第三章详细介绍了系统的硬件设计方案,分析了各功能模块的电路原理；第四章详细介绍了系统软件的设计方案,包括CPLD的逻辑控制软件和主控制器的算法控制软件,并针对仪器测量过程中产生的误差进行了理论分析,提出多种补偿解决方案；第五章深入分析样机的性能,并针对研制过程中遇到的典型技术问题进行了分析,并给出解决方案。第六章对学位论文工作进行了总结与展望。本学位论文工作完成的LCR测试仪样机,阻抗基本测量重复度0.05%,测量精度0.1%,各项性能达到预定指标,样机已通过委托企业的验收。
【关键词】：CPLD LCR 阻抗测量 自动平衡电桥 多斜率积分
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN06
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 本课题研究现状及主要研究内容8-9
• 1.3 项目来源与系统总体方案9-10
• 1.4 论文内容安排10-11
• 1.5 本章小结11-12
• 第2章 系统总体方案设计12-18
• 2.1 系统指标12
• 2.2 系统方案设计12-16
• 2.2.1 系统总体结构12-13
• 2.2.2 信号源方案13-15
• 2.2.3 测量方案15-16
• 2.2.4 信号处理方案16
• 2.3 本章小结16-18
• 第3章 硬件系统设计18-40
• 3.1 系统总体架构18-19
• 3.2 CPLD控制电路19-21
• 3.2.1 CPLD芯片选择19-20
• 3.2.2 测量板控制接口设计20-21
• 3.3 信号源电路21-32
• 3.3.1 交流信号源设计21-25
• 3.3.2 直流信号电路25
• 3.3.3 功率输出模块设计25-28
• 3.3.4 电流源电路28-32
• 3.4 采样电路32-33
• 3.4.1 原理分析32
• 3.4.2 电路设计32-33
• 3.5 检测电路33-39
• 3.5.1 原理分析33-38
• 3.5.2 电路设计38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 系统软件设计40-64
• 4.1 CPLD程序设计40-51
• 4.1.0 DDS信号模块设计42-43
• 4.1.1 原理分析43-46
• 4.1.2 通信接口模块设计46-47
• 4.1.3 相位检测模块设计47-51
• 4.2 主控制器程序设计51-56
• 4.2.1 交流信号测量51-52
• 4.2.2 直流信号测量52-54
• 4.2.3 采样电阻自动调整54-55
• 4.2.4 测量通道增益自动调整55-56
• 4.3 测量误差和补偿56-62
• 4.3.1 AC测量误差与补偿57-60
• 4.3.2 DC测量误差与补偿60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 系统调试与数据分析64-82
• 5.1 实测数据及分析64-65
• 5.1.1 不同频率下的测试数据分析64-65
• 5.1.2 不同测量速度下的测试数据分析65
• 5.2 系统调试65-81
• 5.2.1 IV电路自激问题分析65-71
• 5.2.2 自激补偿措施71-78
• 5.2.3 IV转换尖峰噪声问题78-79
• 5.2.4 IV转换附加相移79
• 5.2.5 逻辑仿真与物理综合不一致79
• 5.2.6 功率放大电路输出信号异常79-80
• 5.2.7 工频信号干扰80-81
• 5.3 本章小结81-82
• 第6章 研究总结及展望82-84
• 6.1 全文研究总结82
• 6.2 研究展望82-84
• 参考文献84-86
• 致谢86-87
• 研究生阶段研究成果及发表学术论文情况87

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