二端器件智能测量适配器的研究与开发

发布时间：2017-04-11 23:10

  本文关键词：二端器件智能测量适配器的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以虚拟测量技术为主要测量方式的第三代电子测量技术,依靠其自身诸多的优势,受到了测量领域的普遍关注。本设计以虚拟化测量为设计思路,研究开发了一种通用化、多参数测量的二端器件前端检测适配器,满足了元器件测量工作低成本、高精度、多参数的要求。针对目前已有的多种二端元器件电性参数的测量方法进行了分析和研究,结合各种方法的优缺点,提出了一种基于高速AD采样技术的二端元器件测量方法,并根据测量原理设计了适配器的通用化测量模型。依据测量模型,分别在适配器硬件和软件的设计两个方面进行了详细论述。硬件设计部分采用了模块化思想,使用Quartus II软件在FPGA上进行了适配器主要功能模块的设计和验证,主要包括信号源模块和AD控制模块。其中信号源模块实现的原理是DDS,主要有两个信号源:一个是激励源,用于产生激励信号,它可根据不同测量对象而产生不同类型和不同频率激励信号;另一个是采样时钟源,用于产生与待测信号同频率的同步采样时钟信号。在AD控制模块中,根据测量原理需求,提出了采样时钟频率可控的数据采集方法,设计了能产生可编程控制采样时钟的AD控制模块,保证了信号的整周期采样。完成硬件描述后,最终使用SOPC Builder将这两个模块封装成Nios II系统自定义组件,添加到适配器SOPC中。另外还利用SOPC Bulider添加了Nios II处理器以及由Altera公司提供的通用型Nios II系统外设模块,建立了适配器的SOPC。为了达到适配器中的各个模块的工作需求,还设计了系统外围电路,主要包括激励信号的低通滤波电路、采样信号的光电隔离电路和采样时钟信号的调理电路等。软件设计部分,在Nios II IDE中采用C语言进行了系统应用程序的设计和开发,解决了适配器测量系统指令、测量参数的接收和测量数据传输的关键性问题。通过验证,该适配器针对不同的测量对象,能产生不同的高精度稳定的激励源,并能对待测信号进行整周期的采样,保证了测量工作的可行性,是对虚拟化测量仪器硬件系统和第三代元器件检测方法一次有益的探索,具有一定的使用价值和推广价值。
【关键词】：电子测量 FPGA DDS 数据采集 SOPC
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN606
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 第1章 绪论6-15
• 1.1 研究背景和意义6-8
• 1.1.1 研究背景6-7
• 1.1.2 研究意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-11
• 1.3 虚拟仪器发展趋势11-12
• 1.4 本文研究内容12-13
• 1.5 论文结构安排13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 第2章 二端器件电性参数及测量模型15-28
• 2.1 二端器件电性参数概述15
• 2.2 相关参数基本定义15-18
• 2.2.1 阻抗类元器件参数定义15-17
• 2.2.2 二极管参数定义17-18
• 2.3 主要二端器件的等效测量模型18-21
• 2.3.1 电阻等效测量模型19
• 2.3.2 电感等效测量模型19-20
• 2.3.3 电容等效测量模型20
• 2.3.4 二极管等效测量模型20-21
• 2.4 二端器件参数测量方法21-27
• 2.4.1 电阻、电感、电容测量方法21-26
• 2.4.2 二极管测量原理26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 适配器设计原理及相关技术28-37
• 3.1 适配器设计原理28-30
• 3.2 适配设计相关技术30-36
• 3.2.1 SOPC技术概述30-31
• 3.2.2 Nios II软核处理器31-32
• 3.2.3 Avalon交换互连架构概述32-36
• 3.2.4 Nios II自定义组件开发流程36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 适配器硬件设计37-70
• 4.1 Nios II系统设计37-60
• 4.1.1 DDS模块的设计37-43
• 4.1.2 采样控制模块的设计43-50
• 4.1.3 Nios II处理器添加50-51
• 4.1.4 存储器控制器模块添加51-54
• 4.1.5 JTAG UART接口模块添加54-55
• 4.1.6 UART接口核添加55-56
• 4.1.7 System ID56-58
• 4.1.8 PLL模块58-59
• 4.1.9 多路复用模块设计59-60
• 4.2 外围电路设计60-69
• 4.2.1 DA电路60-62
• 4.2.2 低通滤波62-63
• 4.2.3 线性光电隔离电路63-64
• 4.2.4 采样时钟调理电路64-65
• 4.2.5 AD转换电路65-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第5章 适配器软件设计70-80
• 5.1 Nios II系统软件开发工具70-71
• 5.2 本系统的软件设计71-79
• 5.2.1 系统总体软件结构71-72
• 5.2.2 驱动程序开发72-74
• 5.2.3 应用程序开发74-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第6章 系统的测试和分析80-88
• 6.1 DDS模块测试80-81
• 6.2 适配器数据采样的测试81-82
• 6.3 二端器件的测量82-87
• 6.3.1 电阻测试82-84
• 6.3.2 电容测试84-85
• 6.3.3 电感测试85-87
• 6.3.4 二极管测试87
• 6.4 本章小结87-88
• 第7章 总结与展望88-90
• 7.1 总结88
• 7.2 展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-94
• 附录94-96

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1 彭庆畅;二端器件智能测量适配器的研究与开发[D];贵州大学;2016年

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