当前位置:主页 > 科技论文 > 计算机论文 >

基于USB3.0的虚拟仪器的设计与研究

发布时间:2018-12-08 15:47
【摘要】:随着计算机技术、网络技术、电子测试技术与总线技术的深度融合,给仪器领域带来了突破性的变革,虚拟仪器技术应运而生。虚拟仪器以“软件即仪器”的思想成为当今的主流,并引领着仪器领域的发展方向。用户通过修改虚拟仪器系统的软件就能实现所需的仪器功能。经过多年的发展,各种总线式的虚拟仪器层出不穷,由于USB串行总线具有传输速度快、扩展性强、支持热插拔、成本低廉等诸多优点,USB总线式虚拟仪器将有广阔的发展应用前景。由于当前广泛使用的USB2.0数据传输系统已难以满足大容量存储测试系统对总线速率提出的更高要求,在对USB3.0协议有一定了解的基础上,提出了基于USB3.0总线的虚拟仪器的设计与研究。通过比较,选择CYUSB3014作为系统USB3.0接口的协议芯片,详细介绍了其内部架构及工作原理,并选择EP3C40F484这种低成本FPGA作为主控制器,实现数据的采集存储控制,并通过USB3.0接口将数据传输到计算机。在硬件设计方面,先进行了总体方案设计,然后重点介绍了FPGA控制模块、DDR2SDRAM数据缓存模块以及USB3.0传输模块电路设计。在系统软件设计方面,主要对FPGA程序、FX3固件程序、上位机软件进行了介绍与设计。FPGA程序设计方面,介绍了双片DDR2的乒乓双缓冲实现方法,并重点设计了基于FPGA的USB3.0控制器,实现对同步从Slave FIFO模式下的GPIF II接口的读写操作;FX3固件程序的设计,主要设计了GPIF II状态机,并配置固件程序中的各种参数;接着,在Visual Studio 2010开发平台下,基于先前的设计,使用C#语言修改添加相应代码以实现所需功能。最后,进行了接口性能测试,USB3.0接口速率可达160MB/s,并进行了模拟实验来验证,对信号源的特定波形进行采集存储,再通过上位机软件进行读数,并将波形数据进行显示,与信号源进行对照,验证了基于USB3.0的虚拟仪器的基本功能。
[Abstract]:With the deep fusion of computer technology, network technology, electronic test technology and bus technology, the field of instrument has been transformed by a breakthrough, and virtual instrument technology has emerged as the times require. Virtual instrument has become the mainstream with the idea of "software is instrument" and is leading the development direction of instrument field. Users can achieve the required instrument function by modifying the software of the virtual instrument system. After years of development, various kinds of bus virtual instruments emerge in endlessly, because USB serial bus has many advantages, such as fast transmission speed, strong expansibility, hot plug support, low cost and so on. USB bus virtual instrument will have a broad prospect of development and application. Because the current widely used USB2.0 data transmission system has been unable to meet the higher requirements of the bus rate put forward by the mass storage test system, it is based on a certain understanding of the USB3.0 protocol. The design and research of virtual instrument based on USB3.0 bus are presented. Through comparison, CYUSB3014 is chosen as the protocol chip of the system USB3.0 interface, and its internal structure and working principle are introduced in detail. The low cost FPGA such as EP3C40F484 is chosen as the main controller to realize the data acquisition and storage control. The data is transferred to the computer through the USB3.0 interface. In the aspect of hardware design, the overall scheme is designed first, and then the circuit design of FPGA control module, DDR2SDRAM data buffer module and USB3.0 transmission module is introduced. In the aspect of system software design, the paper mainly introduces and designs FPGA program, FX3 firmware program and host computer software. In FPGA program design, it introduces the realization method of ping-pong double buffer based on double-chip DDR2. The USB3.0 controller based on FPGA is designed to read and write the GPIF II interface in synchronous slave Slave FIFO mode. The design of FX3 firmware program mainly includes the design of GPIF II state machine and the configuration of various parameters in the firmware program. Then, based on the previous design, we use C # language to modify and add the corresponding code to achieve the required function under the Visual Studio 2010 development platform. Finally, the interface performance is tested. The interface rate of USB3.0 can reach 160 MB / s, and the simulation experiment is carried out to verify that the specific waveform of the signal source is collected and stored, and then read through the host computer software. The waveform data are displayed and compared with the signal source to verify the basic function of virtual instrument based on USB3.0.
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP334.7;TH702

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 马法成;虚拟仪器在设备故障诊断技术实验教学中的应用[J];机电信息;2001年10期

2 严加法;虚拟仪器的发展前景[J];航空电子技术;2002年04期

3 郑乐丹;高校实验室虚拟仪器建设探究[J];陕西工学院学报;2002年04期

4 James Truchard;虚拟仪器的未来[J];仪表技术;2002年05期

5 李震,柯旭贵,汪云祥;虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年04期

6 ;虚拟仪器[J];世界汽车;2003年11期

7 俞峰;刘学军;;虚拟仪器及其应用[J];电气时代;2003年02期

8 袁芳,江伟;仪器发展的新时代——虚拟仪器[J];仪器仪表用户;2005年03期

9 白云川;开辟虚拟仪器新纪元——记全国“虚拟仪器”发展研讨会[J];中国制造业信息化;2005年11期

10 马文华;虚拟仪器——高校实验室设备的发展方向[J];仪器仪表用户;2005年01期

相关会议论文 前10条

1 应怀樵;;“虚拟仪器库”与“移动试验室”的发展和展望[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

2 周明秋;冯淑娟;;虚拟仪器及其展望[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(上册)[C];2004年

3 周传德;汤宝平;尹爱军;;虚拟仪器及其发展[A];第五届海峡两岸计量与质量学术研讨会论文集[C];2004年

4 赵国忠;沈京玲;钱晓玲;王福合;;虚拟仪器课程建设初探[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

5 黄天辰;冯长江;黄兴智;张建英;;虚拟仪器实验室建设研究[A];全国高等学校电子技术研究会2006年年会论文集[C];2006年

6 许广华;;虚拟仪器[A];第二十届中国(天津)'2006IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2006年

7 许广华;;虚拟仪器[A];第二十届中国(天津)’2006IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2006年

8 詹志强;石雷兵;;虚拟仪器的校准[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年

9 应怀樵;;虚拟仪器、卡泰仪器与智慧仪器的发展历程及趋势[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年

10 李励;;潜心研发虚拟仪器 服务中国技术创新——“虚拟仪器之父”应怀樵教授[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 王松涛;我国研制成功“一体化虚拟仪器”[N];经济参考报;2006年

2 王镜榕;应怀樵“中国虚拟仪器之父”[N];企业家日报;2013年

3 苏月琼;虚拟仪器将大行其道[N];中国电子报;2000年

4 苏月琼;虚拟仪器渐成气候[N];中国电子报;2001年

5 记者 邓步来;重庆大学研制成功多种虚拟仪器[N];重庆日报;2001年

6 小雨;虚拟仪器研究领域的领跑者[N];中国信息报;2006年

7 小雨;中国数采和虚拟仪器成功探索30周年[N];中国信息报;2009年

8 小方;始终站在虚拟仪器科研领域最前沿[N];中国信息报;2010年

9 ;虚拟仪器[N];中国电力报;2001年

10 舒利益;应怀樵:无悔“虚拟器”人生[N];科技日报;2012年

相关博士学位论文 前5条

1 汤宝平;新一代虚拟仪器—智能控件化虚拟仪器系统的研究[D];重庆大学;2003年

2 尹爱军;秦氏模型虚拟仪器及VMIDS开发系统的研究[D];重庆大学;2006年

3 崔红梅;面向测试系统的虚拟仪器设计与应用研究[D];内蒙古农业大学;2007年

4 张淑茳;基于虚拟仪器的船艇振动优化控制研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

5 谢宣松;G语言的一种结构模型及平台实现[D];吉林大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 穆春林;基于虚拟仪器的电子实验系统研究与设计[D];南京理工大学;2015年

2 朱隽平;基于虚拟仪器和GPRS技术的边坡远程监测系统研究与设计[D];吉林建筑大学;2015年

3 乔克婷;基于虚拟仪器的水泵振动噪声测试系统[D];电子科技大学;2013年

4 何肖珉;示波器类虚拟仪器通用软面板和驱动器的设计[D];电子科技大学;2014年

5 王星;开放式RFID实验平台的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

6 杨生梅;基于LabVIEW的虚拟通信设备测试仪软件平台设计与实现[D];电子科技大学;2013年

7 徐庆坤;基于虚拟仪器的励磁监测与故障分析系统的研究与开发[D];河北工业大学;2015年

8 苏越;基于LabVIEW的振动分析虚拟仪器的研究[D];河北科技大学;2015年

9 姚宇翔;基于虚拟仪器的高频信号采集与数据分析[D];河北科技大学;2015年

10 贾永刚;基于虚拟仪器的滚动轴承状态监测系统研究[D];南京航空航天大学;2014年



本文编号:2368595

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/2368595.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a1beb***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com