CPCI多功能模块研制
发布时间：2021-10-25 18:31
基于现场可编程芯片的总线类多功能模块是自动化测试系统的重要组成部分,目前市购的模块产品在实现的功能、通讯信号类型、测量项目、精度及速度等方面都具有很大局限性。本文的目的是为某航天科技集团研制CPCI多功能模块,同时开发配套测试软件,实现模块的硬件设计、固件设计、软件设计及驱动开发,研制的模块具备对多通道数字量信号的高精度、多项目的自动测量能力,又可生成参数可设的光准直信号、准直好信号和特定频率脉冲,还能控制RS-422通讯。本文采用成熟的CPCI工业计算机总线作为系统总线,在3U标准尺寸的CPCI板卡上以高集成的Altera的Cylone系列FPGA为控制核心,主要集成了26路测量通道,6路RS-422通讯,D/A转换生成光准直信号的电路单元,驱动外部的准直好信号输出通道等。板卡上各部分功能电路设计了多种方案,自主设计了无需切换电路的宽调幅信号预处理电路,进行了测量通道之间、模拟与数字电路之间的有效隔离,优化电路结构和性能。硬件控制上,通过在FPGA上搭建SOPC系统,Verilog编程设计多个功能模块的逻辑构件,由Avalon总线实现处理器和各IP核的的互联,并设计多种通讯资源的数据...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题目的及意义
1.3 国内外现状分析
1.3.1 CPCI模块的发展
1.3.2 时间间隔与频率测量技术的发展
1.3.3 数字频率合成技术的发展
1.4 本文主要研究内容与结构
第2章 总体方案
2.1 需求分析
2.1.1 功能要求
2.1.2 技术指标
2.2 总体设计方案
2.3 本章小结
第3章 硬件设计
3.1 硬件设计方案
3.1.1 功能单元电路划分
3.1.2 核心器件选型
3.1.3 CPCI总线接口设计
3.2 调理隔离电路设计
3.3 光准直与准直好信号电路设计
3.3.1 准直信号生成电路设计
3.3.2 准直好信号生成电路设计
3.4 RS-422接口电路设计
3.5 FPGA配置电路设计
3.6 本章小结
第4章 固件设计
4.1 基于FPGA的SOPC设计
4.2 功能IP核的逻辑开发
4.2.1 时钟设计
4.2.2 寄存器设计
4.2.3 频率及占空比测量模块设计
4.2.4 时间间隔及相位差测量模块设计
4.2.5 DAC控制模块设计
4.2.6 平台标频脉冲输出模块
4.2.7 RS422_UART总线接口模块
4.3 CPCI接口IP核配置
4.3.1 CPCI接口IP核结构
4.3.2 CPCI总线配置空间
4.4 Avalon总线接口配置
4.5 本章小结
第5章 软件设计
5.1 NiosII软件设计
5.1.1 总体设计方案
5.1.2 主程序设计
5.1.3 频率占空比测量子程序设计
5.1.4 时间间隔测量子程序设计
5.1.5 相位差测量子程序设计
5.1.6 DAC控制子程序设计
5.2 WindowsXP系统的软件设计
5.2.1 软面板设计
5.2.2 应用程序设计
5.2.3 驱动设计
5.3 基于中标麒麟系统的驱动设计
5.3.1 CPCI驱动设计
5.3.2 流程设计
5.3.3 驱动函数设计
5.4 本章小结
第6章 测试验证
6.1 板卡初测
6.2 系统测试环境
6.3 功能测试
6.3.1 频率及占空比模块测试
6.3.2 时间间隔与相位差测试
6.3.3 2 路设定频率脉冲发送测试
6.3.4 422 信号发送与接收测试
6.3.5 光准直信号输出测试
6.4 测试结果总结
6.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种通用可配置RS422总线管理技术[J]. 姬进. 电子测试. 2018(Z1)
[2]基于WinDriver的高速PCI卡驱动开发[J]. 刘敬辉,简献忠,肖儿良,姜冠祥,蔡留美,郑照平. 电子科技. 2017(04)
[3]基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计[J]. 李国斌,吴校生. 传感器与微系统. 2016(09)
[4]Architecture design for reliable and reconfigurable FPGA-based GNC computer for deep space exploration[J]. YANG MengFei,LIU Bo,GONG Jian,LIU HongJin,HU HongKai,DONG YangYang,SHI Lei,ZHAO YunFu,MIAO ZhiFu. Science China（Technological Sciences）. 2016(02)
[5]基于Verilog HDL的DDS设计与实现[J]. 刘争,李昆,王灿涛. 电子制作. 2015(02)
[6]高精度DA电路的设计与实现[J]. 徐立松,李佩玥,葛川,章明朝. 国外电子测量技术. 2014(12)
[7]直驱电机测试系统多路信号采集的调理电路设计[J]. 姬虎艳,栾忠权,杨庆东,刘泉. 机械设计与制造. 2009(09)
[8]现代DDS的研究进展与概述[J]. 张涛,陈亮. 电子科技. 2008(03)
[9]基于NiosⅡ自定制Avalon设备的设计与实现[J]. 高枫,王玉松. 中国测试技术. 2007(04)
[10]一种基于FPGA用游标法实现的时间间隔测定器[J]. 刘莉,李署坚,邵定蓉. 遥测遥控. 2005(03)
硕士论文
[1]谐振式光纤陀螺中信号检测与控制系统的设计[D]. 张焱.东南大学 2017
[2]高精度时间间隔计数器的设计与实现[D]. 侯志军.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2017
[3]基于SoPC的多功能应用系统[D]. 蒋勇.电子科技大学 2017
[4]基于SOPC的PCI-E高速数据采集系统的设计及实现[D]. 贾磊.中国科学院大学(中国科学院工程管理与信息技术学院) 2017
[5]智能变电站一体化监控系统测试技术研究[D]. 严冰融.东南大学 2016
[6]微机械陀螺自动化测试系统的设计[D]. 杜太磊.哈尔滨工业大学 2016
[7]基于LabWindows/CVI的雷达接收/发射模块自动测试系统多任务实现[D]. 谢昌宏.电子科技大学 2016
[8]基于CPCI总线标准的数据采集系统设计与实现[D]. 王天驰.浙江大学 2016
[9]基于SOPC的控制模块及其IP核设计技术研究[D]. 叶宇飞.浙江大学 2016
[10]高准确度时间间隔测量技术研究[D]. 孙倩.西安电子科技大学 2015
本文编号：3457960
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题目的及意义
1.3 国内外现状分析
1.3.1 CPCI模块的发展
1.3.2 时间间隔与频率测量技术的发展
1.3.3 数字频率合成技术的发展
1.4 本文主要研究内容与结构
第2章 总体方案
2.1 需求分析
2.1.1 功能要求
2.1.2 技术指标
2.2 总体设计方案
2.3 本章小结
第3章 硬件设计
3.1 硬件设计方案
3.1.1 功能单元电路划分
3.1.2 核心器件选型
3.1.3 CPCI总线接口设计
3.2 调理隔离电路设计
3.3 光准直与准直好信号电路设计
3.3.1 准直信号生成电路设计
3.3.2 准直好信号生成电路设计
3.4 RS-422接口电路设计
3.5 FPGA配置电路设计
3.6 本章小结
第4章 固件设计
4.1 基于FPGA的SOPC设计
4.2 功能IP核的逻辑开发
4.2.1 时钟设计
4.2.2 寄存器设计
4.2.3 频率及占空比测量模块设计
4.2.4 时间间隔及相位差测量模块设计
4.2.5 DAC控制模块设计
4.2.6 平台标频脉冲输出模块
4.2.7 RS422_UART总线接口模块
4.3 CPCI接口IP核配置
4.3.1 CPCI接口IP核结构
4.3.2 CPCI总线配置空间
4.4 Avalon总线接口配置
4.5 本章小结
第5章 软件设计
5.1 NiosII软件设计
5.1.1 总体设计方案
5.1.2 主程序设计
5.1.3 频率占空比测量子程序设计
5.1.4 时间间隔测量子程序设计
5.1.5 相位差测量子程序设计
5.1.6 DAC控制子程序设计
5.2 WindowsXP系统的软件设计
5.2.1 软面板设计
5.2.2 应用程序设计
5.2.3 驱动设计
5.3 基于中标麒麟系统的驱动设计
5.3.1 CPCI驱动设计
5.3.2 流程设计
5.3.3 驱动函数设计
5.4 本章小结
第6章 测试验证
6.1 板卡初测
6.2 系统测试环境
6.3 功能测试
6.3.1 频率及占空比模块测试
6.3.2 时间间隔与相位差测试
6.3.3 2 路设定频率脉冲发送测试
6.3.4 422 信号发送与接收测试
6.3.5 光准直信号输出测试
6.4 测试结果总结
6.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种通用可配置RS422总线管理技术[J]. 姬进. 电子测试. 2018(Z1)
[2]基于WinDriver的高速PCI卡驱动开发[J]. 刘敬辉,简献忠,肖儿良,姜冠祥,蔡留美,郑照平. 电子科技. 2017(04)
[3]基于FPGA的压电陀螺数字化检测电路设计[J]. 李国斌,吴校生. 传感器与微系统. 2016(09)
[4]Architecture design for reliable and reconfigurable FPGA-based GNC computer for deep space exploration[J]. YANG MengFei,LIU Bo,GONG Jian,LIU HongJin,HU HongKai,DONG YangYang,SHI Lei,ZHAO YunFu,MIAO ZhiFu. Science China（Technological Sciences）. 2016(02)
[5]基于Verilog HDL的DDS设计与实现[J]. 刘争,李昆,王灿涛. 电子制作. 2015(02)
[6]高精度DA电路的设计与实现[J]. 徐立松,李佩玥,葛川,章明朝. 国外电子测量技术. 2014(12)
[7]直驱电机测试系统多路信号采集的调理电路设计[J]. 姬虎艳,栾忠权,杨庆东,刘泉. 机械设计与制造. 2009(09)
[8]现代DDS的研究进展与概述[J]. 张涛,陈亮. 电子科技. 2008(03)
[9]基于NiosⅡ自定制Avalon设备的设计与实现[J]. 高枫,王玉松. 中国测试技术. 2007(04)
[10]一种基于FPGA用游标法实现的时间间隔测定器[J]. 刘莉,李署坚,邵定蓉. 遥测遥控. 2005(03)
硕士论文
[1]谐振式光纤陀螺中信号检测与控制系统的设计[D]. 张焱.东南大学 2017
[2]高精度时间间隔计数器的设计与实现[D]. 侯志军.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2017
[3]基于SoPC的多功能应用系统[D]. 蒋勇.电子科技大学 2017
[4]基于SOPC的PCI-E高速数据采集系统的设计及实现[D]. 贾磊.中国科学院大学(中国科学院工程管理与信息技术学院) 2017
[5]智能变电站一体化监控系统测试技术研究[D]. 严冰融.东南大学 2016
[6]微机械陀螺自动化测试系统的设计[D]. 杜太磊.哈尔滨工业大学 2016
[7]基于LabWindows/CVI的雷达接收/发射模块自动测试系统多任务实现[D]. 谢昌宏.电子科技大学 2016
[8]基于CPCI总线标准的数据采集系统设计与实现[D]. 王天驰.浙江大学 2016
[9]基于SOPC的控制模块及其IP核设计技术研究[D]. 叶宇飞.浙江大学 2016
[10]高准确度时间间隔测量技术研究[D]. 孙倩.西安电子科技大学 2015
本文编号：3457960
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3457960.html
