基于FPGA的多功能测试仪的开发

发布时间：2017-03-06 07:56

  本文关键词：基于FPGA的多功能测试仪的开发，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2007年

基于FPGA的多功能测试仪的开发

王晶晶  

【摘要】： 测试仪广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，是科研和生产不可或缺的重要装备之一。其工作原理是由信号发生装置向被测对象发送激励信号，同时由信号采集与处理装置通过传感器采集被测对象的响应信号，并送到上位机进行数据分析和处理。本文研究采用灵活的现场可编程逻辑阵列FPGA为核心，协调整个仪器的运转，并采用先进的USB总线技术，将信号发生、信号采集与处理有机地集成为一体的多功能测试仪。 本文的第一章介绍了测试仪及其研究应用现状，根据仪器的成本、便携性和通用性要求不断提高的发展趋势，提出了本课题的研究任务和关键技术； 第二章从硬件和软件两个方面讨论了测试仪的总体设计方案，并且分别详述了电源模块、USB模块、FPGA模块、DSP模块、A／D模块、D／A模块这六个功能模块的硬件设计； 第三章讨论了USB模块相关的软件设计，其中包含USB固件设计、驱动程序设计和客户应用程序设计三个方面的内容，详细论述了各部分软件的架构和主要功能模块的实现。 第四章讨论了主控器FPGA的设计，是本文的核心部分。先从总体上介绍了FPGA的设计方案，然后从MCU模块、信号采集模块、信号发生模块三部分具体描述了其实现方式。软件设计上采用了模块化的设计思想，使得结构清晰，可读性强，易于进一步开发；并且灵活的使用了有限状态机，大大提高了程序的稳定性和运行效率。 第五章介绍了DSP模块的设计，讨论了波形生成的原理及实现，并提出了与FPGA接口的方式。 第六章详细描述了实验的步骤和结果，分别从单通道采样和多通道采样两方面实验，验证了仪器的性能和设计的可行性。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH701
【目录】：

摘要4-5

ABSTRACT5-8

第1章 绪论8-14

1.1 测试仪概述8-10

1.1.1 测试仪简介8

1.1.2 国内外研究和应用现状8-10

1.2 USB总线技术及其应用10-11

1.3 VERILOG HDL语言简介11-13

1.4 研究任务13-14

第2章 测试仪的设计方案14-27

2.1 仪器总体硬件结构14-15

2.2 仪器的软件结构15-16

2.3 仪器各模块硬件结构16-26

2.3.1 电源模块16-18

2.3.2 USB模块18-20

2.3.3 FPGA模块20-23

2.3.4 DSP模块23-25

2.3.5 A/D模块25

2.3.6 D/A模块25-26

2.4 本章小节26-27

第3章 USB软件设计27-43

3.1 USB固件程序设计27-32

3.1.1 固件架构27-29

3.1.2 USB端点缓存配置29-30

3.1.3 从属FIFO配置30-32

3.2 USB驱动程序设计32-37

3.2.1 固件下载USB设备驱动程序32-33

3.2.2 USB设备驱动程序33-36

3.2.3 设备信息文件(INF文件)36-37

3.3 WIN32应用程序设计37-42

3.3.1 USB配置信息模块40-41

3.3.2 信号采集模块41-42

3.4 本章小节42-43

第4章 主控器FPGA的设计43-57

4.1 FPGA开发环境概述43-44

4.2 FPGA总体设计44-45

4.3 MCU模块的设计45-49

4.3.1 FPGA与USB的通讯45-48

4.3.2 初始化配置48-49

4.4 信号采集模块49-52

4.5 信号发生模块52-54

4.6 FPGA的配置54-56

4.7 本章小节56-57

第5章 数字信号处理模块的开发57-69

5.1 DSP系统概述57-61

5.1.1 DSP系统的特点57

5.1.2 DSP系统的设计流程57-58

5.1.3 CCS开发软件简介58-60

5.1.4 TMS320VC5509A DSP处理器60-61

5.2 信号发生原理及编程61-65

5.2.1 查表法生成正弦信号61-63

5.2.2 线形扫频信号的生成63-64

5.2.3 混合法提高信号精度64-65

5.3 DSP与FPGA的通讯65-68

5.3.1 DSP的存储器映射65-66

5.3.2 DSP与FPGA的通讯方法66-68

5.4 本章小节68-69

第6章 实验69-75

6.1 单通道信号采集实验69-72

6.2 多通道信号采集实验72-74

6.3 本章小节74-75

第7章 总结与展望75-76

参考文献76-79

附录一:硕士期间录用的学术论文79-80

致谢80

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【引证文献】

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