VXI总线200MSa/s四通道数据采集与处理模块研制
发布时间：2021-04-10 17:55
在仪器测量领域中,对自主化、高性能、高可靠性的数据采集与处理模块需求迫切,鉴于此本课题研制一款基于VXI总线200MSa/s四通道数据采集与处理模块。通过对模块功能、实际需求和技术指标的分析,本文给出了高速数据采集模块的设计方法,解决了模拟通道调理电路设计、高速数据采集和存储、基于Zynq嵌入式系统的波形参数计算以及VXI总线寄存器基的驱动程序应用等问题。为满足高带宽和大动态范围模拟信号的调理需求,借助PSpice AD仿真工具设计模拟通道调理电路。由时钟芯片提供高达200MHz LVDS驱动型时钟信号,ADC芯片根据高频时钟信号完成200MSa/s高速采样。使用PS和PL之间的HP接口完成高速数据交互,将采集数据缓存至DDR3中。缓存在DDR3中的采集数据,合理分配计算任务,最终在Zynq上实现嵌入式波形参数计算及FFT运算。为了实现上位机和模块之间的数据传输,使用自定义IP核将VXI寄存器挂载至AXI4-Lite总线上。在仪器软面板设计中,通过调用VISA驱动函数,实现上位机与模块间的参数配置和数据传输。采集数据最终通过VXI总线上传至软面板并显示。最后,对数据采集模块的基本功能进...
【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】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无源衰减电路仿真波形及参数值
24图 3-12 PE4302 输入配置信号时序示意图图 3-12 是 PE4302 配置衰减倍数的串行接口时序图，图中配置衰减倍数为101010，即 21dB(11.22 倍)幅值衰减倍数。通信结束后使能信号产生脉冲，表示一次通信配置完成。该组合电路与之前的无源衰减电路，一同实现高带宽和大动态范围模拟信号的调理需求，将模拟信号调理至高速 ADC 最佳采样范围内(即 1.1Vpp 以内)。其中模拟通道各个电路单元的衰减与放大设计如表 3-1 所示。表 3-1 模拟通道各电路的衰减/放大设计输入电压（Vpp）无源衰减中间值（Vpp）数字步进衰减固定增益输出电压（Vpp）0.1~0.2 ×1 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.00.2~0.5 ×1 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.00.5~1.0 ×1 0.5~1.0 ×1/10 ×10 0.5~1.01.0~2.0 ×1/10 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.02.0~5.0 ×1/10 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.05.0~10.0 ×1/10 0.5~1.0 ×1/10 0.5~1.03.3 高速数据采集设计最高 200MSa/s 采样率的高速数据采集设计，包括采样时钟的设计，ADC采集数据的接收与存储设计，以及通道触发逻辑设计等。选择 TI 公司的 ADS5474 高速模数转换器
时钟芯片AD9524高速ADC高速ADC高速ADC高速ADCZynqPLSPIIP核配置信号PS AXI-Lite SPILVDS差分时钟图 3-13 采样时钟设计示意图由图 3-13 可知，Zynq 通过四线 SPI 串行通信方式，将配置信息写入至AD9524 内部的寄存器当中，设置四路 LVDS 差分时钟信号。其中，通过 verilog硬件语言编写 SPI 通信逻辑，并将 SPI 的 verilog 代码封装成用户自定义的 IP核，挂载在 AXI4-Lite 总线上。当修改差分时钟的频率时，只需要通过 Zynq PS向 SPI IP 核配置新的寄存器参数即可。SPI IP 核会将配置参数通过串行接口写入时钟芯片 AD9524 内部的寄存器中，改变采样时钟。SPI 工作方式如图 3-14所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]唯有创新,方得始终——中电仪器发布全新500 MHz数字荧光示波器与44 GHz手持式频谱分析仪[J]. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[2]基于Zynq-7000 FPGA的高速信号采集处理平台[J]. 李正轩,费树岷. 单片机与嵌入式系统应用. 2016 (02)
[3]基于Zynq的NAND Flash存储系统研制[J]. 龚有华,魏德宝,乔立岩,高源. 电子测量技术. 2014(12)
[4]鼎阳科技在TI工业应用解决方案研讨会推出SDS3000,掀起智能风暴[J]. 国外电子测量技术. 2014(12)
[5]基于美国NI的多通道数据采集系统[J]. 解亚妮,石晓丹,冯浩,张志杰. 可编程控制器与工厂自动化. 2014(12)
[6]基于Zynq-7000的高速实时自适应均衡器设计[J]. 何宗苗,姚远程,秦明伟. 电视技术. 2014(15)
[7]基于Zynq-7000高速图像采集与实时处理系统[J]. 杨晓安,罗杰,苏豪,包文博. 电子科技. 2014(07)
[8]基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真[J]. 解江远,何鹏军,田川,李奇威,王亚杰. 强激光与粒子束. 2014(04)
[9]利用RIGOL DS6000示波器的高波形捕获率观察偶发信号[J]. 张荣成. 电子设计技术. 2011(08)
[10]多通道同步数据采集与处理系统的实现[J]. 王浩,李希友,秦同杰. 通信技术. 2011(01)
硕士论文
[1]2.5GSPS高分辨率数据采集系统时钟电路设计[D]. 周宇轩.电子科技大学 2016
[2]合成仪器模拟通道硬件电路设计[D]. 高旭.电子科技大学 2014
[3]数字示波器高级数学运算功能设计[D]. 高文娟.电子科技大学 2013
[4]合成仪器模拟通道硬件设计[D]. 戴宸星.电子科技大学 2013
[5]基于CPCI总线的高速数据采集处理模块的设计[D]. 杨振家.电子科技大学 2013
[6]基于FPGA+USB2.0高速数据采集系统的研究与设计[D]. 李超.武汉理工大学 2013
[7]1GHz带宽多功能数字存储示波器模拟通道设计[D]. 董平.电子科技大学 2012
[8]6GSPS数字存储示波器数据采集系统的硬件设计[D]. 陈友学.电子科技大学 2012
[9]超高速数据采集与实时处理系统的设计与实现[D]. 陈长林.国防科学技术大学 2010
[10]1.5Gsps高速数据采集系统的设计[D]. 魏圣楠.电子科技大学 2010
本文编号：3130082
【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】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无源衰减电路仿真波形及参数值
24图 3-12 PE4302 输入配置信号时序示意图图 3-12 是 PE4302 配置衰减倍数的串行接口时序图，图中配置衰减倍数为101010，即 21dB(11.22 倍)幅值衰减倍数。通信结束后使能信号产生脉冲，表示一次通信配置完成。该组合电路与之前的无源衰减电路，一同实现高带宽和大动态范围模拟信号的调理需求，将模拟信号调理至高速 ADC 最佳采样范围内(即 1.1Vpp 以内)。其中模拟通道各个电路单元的衰减与放大设计如表 3-1 所示。表 3-1 模拟通道各电路的衰减/放大设计输入电压（Vpp）无源衰减中间值（Vpp）数字步进衰减固定增益输出电压（Vpp）0.1~0.2 ×1 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.00.2~0.5 ×1 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.00.5~1.0 ×1 0.5~1.0 ×1/10 ×10 0.5~1.01.0~2.0 ×1/10 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.02.0~5.0 ×1/10 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.05.0~10.0 ×1/10 0.5~1.0 ×1/10 0.5~1.03.3 高速数据采集设计最高 200MSa/s 采样率的高速数据采集设计，包括采样时钟的设计，ADC采集数据的接收与存储设计，以及通道触发逻辑设计等。选择 TI 公司的 ADS5474 高速模数转换器
时钟芯片AD9524高速ADC高速ADC高速ADC高速ADCZynqPLSPIIP核配置信号PS AXI-Lite SPILVDS差分时钟图 3-13 采样时钟设计示意图由图 3-13 可知，Zynq 通过四线 SPI 串行通信方式，将配置信息写入至AD9524 内部的寄存器当中，设置四路 LVDS 差分时钟信号。其中，通过 verilog硬件语言编写 SPI 通信逻辑，并将 SPI 的 verilog 代码封装成用户自定义的 IP核，挂载在 AXI4-Lite 总线上。当修改差分时钟的频率时，只需要通过 Zynq PS向 SPI IP 核配置新的寄存器参数即可。SPI IP 核会将配置参数通过串行接口写入时钟芯片 AD9524 内部的寄存器中，改变采样时钟。SPI 工作方式如图 3-14所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]唯有创新,方得始终——中电仪器发布全新500 MHz数字荧光示波器与44 GHz手持式频谱分析仪[J]. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[2]基于Zynq-7000 FPGA的高速信号采集处理平台[J]. 李正轩,费树岷. 单片机与嵌入式系统应用. 2016 (02)
[3]基于Zynq的NAND Flash存储系统研制[J]. 龚有华,魏德宝,乔立岩,高源. 电子测量技术. 2014(12)
[4]鼎阳科技在TI工业应用解决方案研讨会推出SDS3000,掀起智能风暴[J]. 国外电子测量技术. 2014(12)
[5]基于美国NI的多通道数据采集系统[J]. 解亚妮,石晓丹,冯浩,张志杰. 可编程控制器与工厂自动化. 2014(12)
[6]基于Zynq-7000的高速实时自适应均衡器设计[J]. 何宗苗,姚远程,秦明伟. 电视技术. 2014(15)
[7]基于Zynq-7000高速图像采集与实时处理系统[J]. 杨晓安,罗杰,苏豪,包文博. 电子科技. 2014(07)
[8]基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真[J]. 解江远,何鹏军,田川,李奇威,王亚杰. 强激光与粒子束. 2014(04)
[9]利用RIGOL DS6000示波器的高波形捕获率观察偶发信号[J]. 张荣成. 电子设计技术. 2011(08)
[10]多通道同步数据采集与处理系统的实现[J]. 王浩,李希友,秦同杰. 通信技术. 2011(01)
硕士论文
[1]2.5GSPS高分辨率数据采集系统时钟电路设计[D]. 周宇轩.电子科技大学 2016
[2]合成仪器模拟通道硬件电路设计[D]. 高旭.电子科技大学 2014
[3]数字示波器高级数学运算功能设计[D]. 高文娟.电子科技大学 2013
[4]合成仪器模拟通道硬件设计[D]. 戴宸星.电子科技大学 2013
[5]基于CPCI总线的高速数据采集处理模块的设计[D]. 杨振家.电子科技大学 2013
[6]基于FPGA+USB2.0高速数据采集系统的研究与设计[D]. 李超.武汉理工大学 2013
[7]1GHz带宽多功能数字存储示波器模拟通道设计[D]. 董平.电子科技大学 2012
[8]6GSPS数字存储示波器数据采集系统的硬件设计[D]. 陈友学.电子科技大学 2012
[9]超高速数据采集与实时处理系统的设计与实现[D]. 陈长林.国防科学技术大学 2010
[10]1.5Gsps高速数据采集系统的设计[D]. 魏圣楠.电子科技大学 2010
本文编号：3130082
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