基于FPGA可重构技术的多功能仪器设计

发布时间：2017-05-13 14:23

  本文关键词：基于FPGA可重构技术的多功能仪器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的测试仪器一旦生产出来功能和技术指标即固定,缺乏通用性和可拓展性,面对日益复杂的电子测试环境,无法完成多任务联合测试。随着现代电子测试技术的不断发展和提高,测试仪器经历了模拟测试仪器、数字测试仪器、智能化测试仪器、虚拟仪器四个发展阶段,测试仪器的性能得到显著提高,但是依然不能满足测试仪器多功能一体化的现代化测试需求。可重构技术能够使测试仪器重构系统的软件和硬件,具有资源利用率高、功耗低、灵活性强和功能自适应等优点,有非常可观的应用前景。在诸多可重构技术实现方法中,基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的可重构技术受到广泛关注和重点研究,并得到快速的发展。FPGA可重构技术通过时分复用的方式利用FPGA内部逻辑资源,实现不同的电路功能,既具有接近于ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的高性能,又具有通用处理器的灵活性,为计算方法的实现提供了新的选择。可重构技术的出现和广泛应用,使测试仪器的多功能一体化成为可能。本文在深入研究可重构技术的基础上,应用基于FPGA的可重构技术提出了一种多功能仪器的设计方案,该方案通过硬件复用的方式可以使仪器实现多个应用功能。以图像采集和信号发生器两个具体应用功能为设计实例,详细介绍了多功能仪器的设计方法。结合多功能仪器设计的技术指标要求进行了仪器整体的硬件电路设计,包括FPGA控制模块、可重构配置模块、通信模块、数据存储模块、图像采集模块、信号发生器模块、开关控制模块和电源管理模块等。最后,对设计的多功能仪器的逻辑单元进行了时序逻辑设计与仿真,并进行性能测试,通过对实验结果的分析和比较,验证了设计的多功能仪器的正确性和可行性。
【关键词】：FPGA 可重构 时分复用 多功能仪器
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP216
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 可重构技术国内外研究现状及发展趋势11-12
• 1.3 可重构仪器国内外研究现状及发展趋势12-13
• 1.4 论文内容安排13-15
• 2 仪器可重构技术15-21
• 2.1 仪器可重构技术15-16
• 2.2 硬件可重构技术16-18
• 2.3 基于FPGA的可重构技术18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 多功能仪器方案设计21-29
• 3.1 总体方案设计21-23
• 3.2 关键技术解决方案23-26
• 3.2.1 快速可重构配置方案设计23-26
• 3.2.2 可靠性分析26
• 3.3 图像采集功能实现方案设计26-27
• 3.4 信号发生器功能实现方案设计27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 4 多功能仪器硬件电路设计29-49
• 4.1 可重构逻辑控制电路设计29-31
• 4.1.1 可编程逻辑器件选型29
• 4.1.2 可重构逻辑控制电路设计29-31
• 4.2 可重构配置模块电路设计31-34
• 4.2.1 芯片选型31-32
• 4.2.2 配置存储电路设计32-33
• 4.2.3 配置接口电路设计33-34
• 4.3 通信接口电路设计34-36
• 4.4 数据存储电路设计36-37
• 4.5 图像采集模块电路设计37-39
• 4.5.1 图像传感器芯片选型37-38
• 4.5.2 图像采集电路设计38-39
• 4.6 信号发生器模块电路设计39-45
• 4.6.1 DDS芯片选型39-40
• 4.6.2 DDS频率合成电路设计40-41
• 4.6.3 I/V转换电路设计41
• 4.6.4 放大及滤波电路设计41-45
• 4.7 开关控制模块电路设计45-46
• 4.8 电源管理模块电路设计46-48
• 4.9 本章小结48-49
• 5 时序逻辑设计与分析49-55
• 5.1 时钟管理与总体逻辑设计49-50
• 5.2 可重构配置模块逻辑设计与仿真50-52
• 5.3 图像采集模块逻辑设计52-53
• 5.4 信号发生器模块逻辑设计53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 6 性能测试55-60
• 6.1 实验结果与分析55-58
• 6.2 调试遇到的问题及解决方法58-59
• 6.3 本章小结59-60
• 7 总结与展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题研究64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

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本文编号：362823