基于FPGA的惯导脉冲输出信号测量系统的设计与研究

发布时间：2017-08-03 09:03

  本文关键词：基于FPGA的惯导脉冲输出信号测量系统的设计与研究

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【摘要】：目前,采用传统的测量方法对惯导脉冲输出进行检测,自动化程度不高、准确性差,已经不能满足现代化形势的需求。所以需要设计一套惯导脉冲输出信号的测量系统,以满足广大用户对测量系统准确性强、自动化程度高的要求。本文设计了一种基于FPGA的惯导脉冲输出测量系统,采用了有限状态机、直接脉冲计数以及FIFO存储等技术,能够对脉冲波形信号进行准确计数。在脉冲波形信号处理模块中,采用了记录波形时刻的方法,开始以首个信号的边沿时刻为基准,然后记下以后脉冲波形信号的边沿时刻,以及它的通道号和电平状态,然后通过计算脉冲波形的个数实现脉冲计数。脉冲波形处理模块包含脉冲信号预处理电路和FPGA内部数据处理模块。在脉冲信号预处理电路中,采用了信号整形和光耦隔离等技术,对比较小的形变信号进行整形,对比较大的幅值信号进行光耦隔离。在FPGA内部数据处理模块中,抗干扰滤波采用了有限状态机技术,能够在测量的过程中滤除各种干扰,提高了测量系统的准确性;数据存储方面采用了FIFO存储技术,能够在数据存储过程中实现数据有序存储,避免了数据的丢失,保证了采集数据的准确性。上位机的设计中采用了Lab VIEW图形化语言编程的方法,使操作者能够在上位机界面上进行串口波特率设置、滤波时间设置等功能,同时可以直观地观测数据波形并且自动存储实验数据,提高了测量系统的自动化程度。为了验证该设计方案的可行性,脉冲信号源选择了FPGA产生的随机脉冲信号源,可以模拟仿真有干扰情况下脉冲信号的发送。对测量数据和误差进行分析,进一步提高了测量准确性。经过实验验证,本测量系统能够实现准确脉冲计数,提高了测量系统的自动化程度。
【关键词】：惯导脉冲 FPGA FIFO存储 抗干扰滤波 LabVIEW
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;TN966
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题的背景及研究意义8-9
• 1.2 脉冲测量的发展与现状9
• 1.3 国内外数据采集研究现状9-11
• 1.4 论文研究内容11-12
• 2 系统设计要求及方案12-22
• 2.1 系统设计要求12
• 2.2 方案设计的论证与分析12-16
• 2.2.1 方案设计论证12-14
• 2.2.2 FPGA内部结构特点14-15
• 2.2.3 器件选型15-16
• 2.3 系统方案设计16-20
• 2.3.1 系统硬件设计方案17-18
• 2.3.2 系统软件设计方案18-20
• 2.4 本章小结20-22
• 3 测量系统的硬件设计22-44
• 3.1 脉冲信号预处理电路设计22-23
• 3.1.1 光耦隔离电路设计22-23
• 3.1.2 信号调理电路23
• 3.2 FPGA外围电路设计23-29
• 3.2.1 电源电路23-25
• 3.2.2 晶振电路25
• 3.2.3 复位电路25-26
• 3.2.4 配置下载电路26-28
• 3.2.5 RS232通信电路28-29
• 3.3 FPGA内部逻辑电路设计29-42
• 3.3.1 FPGA开发流程与环境29-31
• 3.3.2 抗干扰滤波模块31-34
• 3.3.3 脉冲计数模块34-36
• 3.3.4 FIFO设计模块36-40
• 3.3.5 RS232通信模块40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 上位机软件设计与实现44-54
• 4.1 Lab VIEW编程环境44-45
• 4.2 系统软件45-46
• 4.3 系统功能模块设计46-52
• 4.3.1 串口通信模块46-47
• 4.3.2 数据解帧模块47-50
• 4.3.3 数据显示模块50
• 4.3.4 波形显示模块50-51
• 4.3.5 数据存储模块51-52
• 4.4 人机界面52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 实验结果与误差分析54-62
• 5.1 脉冲信号源的设计与实现54-55
• 5.2 实验调试55-56
• 5.3 误差分析与补偿56-60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 总结与展望62-64
• 参考文献64-68
• 硕士研究生学习阶段发表论文68-70
• 致谢70

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本文编号：613510