基于CPCI总线标准的数据采集系统设计与实现

发布时间：2017-06-07 21:08

  本文关键词：基于CPCI总线标准的数据采集系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于工业控制过程中信号检测与反馈环节现场环境复杂,同时控制过程需要采集的数据量大,对数据采集的速率、精度要求高,所以性能优良的数据采集系统对于保证控制过程精确、高效、稳定有重要的意义。随着计算机总线技术的发展,CPCI总线以其高性能逐步成为工业计算机最可靠的系统总线之一,CPCI总线不仅能保证高速的数据传输,且具备通用的操作系统和开放的架构体系,使结合了CPCI总线的数据采集系统具有良好的兼容性和可靠性,获得越来越广泛的应用前景。目前基于CPCI总线的数据采集系统存在功能单一、可扩展性差等缺陷,本文利用Xilinx FPGA设计并实现了一种基于CPCI总线标准的数据采集系统,其中硬件系统采用通用性设计框架,兼容不同功能模块同步运行。具体而言,系统包括基于CPCI总线标准的采集控制主板和两种功能子板,采集控制主板和功能子板之间通过通用接口模块连接,该模块定义了板卡间连接的硬件标准和通信协议,大大改善了系统的功能可扩展性。论文设计实现的采集控制主板负责系统的调度控制,以及同工控机、外围设备的通信,两种功能子板分别是支持多路信号采集及指令输出控制的SSI信号采集卡和支持多路数模转换的DAC数据处理卡,硬件系统和上位机软件构成整个数据采集系统。在完成系统硬件设计及通信调试的基础上,本文在基于电动缸的实际应用场景中对数据采集系统进行了性能测试实验。测试表明,基于CPCI总线标准的数据采集系统能够同时支持多种数据处理功能,且各项指标均满足设计要求,整个系统可靠稳定。
【关键词】：数据采集 CPCI总线 同步串行接口 通用接口 数模转换
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-13
• 1. 绪论13-22
• 1.1. 研究背景和意义13-18
• 1.1.1. 数据采集的应用背景和意义13-14
• 1.1.2. 系统总线技术在数据采集领域的应用14-16
• 1.1.3. FPGA在数据采集系统中的应用16-18
• 1.2. 相关研究现状18-20
• 1.2.1. 国内外数据采集板卡介绍18-19
• 1.2.2. 目前数据采集系统存在的问题19-20
• 1.3. 本文工作20-22
• 2. 基于CPCI总线标准的数据采集系统的设计方案22-37
• 2.1. 引言22
• 2.2. 系统设计要求22-23
• 2.3. 系统技术指标23-24
• 2.4. 基于CPCI总线的接口实现方案24
• 2.5. 系统通用性设计方案24-36
• 2.5.1. 系统通用接口的设计框架25-27
• 2.5.2. 通用接口的硬件设计27-30
• 2.5.3. 通用性传输协议30-36
• 2.6. 本章小结36-37
• 3. 基于CPCI标准的数据采集系统的硬件电路设计37-57
• 3.1. 引言37
• 3.2. 系统框架结构37-41
• 3.2.1. 原理框图37-39
• 3.2.2. 工业控制计算机39
• 3.2.3. 绝对值编码器39-41
• 3.2.4. 系统创新点41
• 3.3. 采集控制主板的硬件设计41-48
• 3.3.1. FPGA模块42-44
• 3.3.2. 电源模块44-45
• 3.3.3. CPCI通信模块45-47
• 3.3.4. 外设接口模块47-48
• 3.4. SSI信号采集卡的硬件设计48-51
• 3.5. DAC数据处理卡的硬件设计51-53
• 3.6. 系统硬件的PCB设计53-56
• 3.7. 本章小结56-57
• 4. 基于FPGA开发的数据采集系统的软件设计57-66
• 4.1. 引言57
• 4.2. 基于FPGA的软件开发工具介绍57-58
• 4.3. FPGA模块与桥接芯片通信逻辑实现58-60
• 4.4. SSI信号采集和预处理逻辑的实现60-62
• 4.5. 数模转换控制逻辑的实现62-65
• 4.6. 本章小结65-66
• 5. 系统性能测试与分析66-86
• 5.1. 引言66
• 5.2. 系统测试方案66-67
• 5.3. 系统工作状态测试67
• 5.4. 上位机和采集控制主板通信测试67-70
• 5.5. 通用性通信测试及结果分析70-80
• 5.5.1. 指令写入测试70-73
• 5.5.2. 数据采集和反馈73-76
• 5.5.3. 多板卡同步工作测试76-80
• 5.6. 基于实际应用场景的测试80-85
• 5.6.1. 基于电动缸的运动控制实验平台80-82
• 5.6.2. 实验结果和性能分析82-85
• 5.7. 本章小结85-86
• 6. 总结与展望86-88
• 参考文献88-93
• 附录：作者硕士期间科研成果93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 金海平;刁节涛;;基于FPGA和CPCI的数据采集系统硬件电路设计[J];数字技术与应用;2013年04期

2 田立国;李文惠;艾思山;韩巍;罗炜;;基于SSI的磁致伸缩位移传感器测量系统的设计[J];工程与试验;2012年04期

3 吴小红;;基于PCI总线的数据采集卡的设计与实现[J];电子技术;2012年08期

4 张凯;吴爱国;张第;;基于SSI协议的高速运动参数测量接口设计[J];自动化与仪表;2012年07期

5 贺秋实;郝国法;钱龙;;基于FPGA的高速AD转换[J];电子设计工程;2012年08期

6 李驹光;吴金华;;嵌入式工业控制计算机设计[J];工业控制计算机;2012年01期

7 郭耀华;姚明林;张银蒲;;基于FPGA的SSI接口传感器通信系统[J];仪表技术与传感器;2010年11期

8 陆从青;吴建辉;;基于CPLD的高分辨率AD转换电路设计[J];电子器件;2010年01期

9 齐红涛;苏涛;;基于FPGA的高速AD采样设计[J];航空兵器;2010年01期

10 朱永兴;翁明远;张波;;基于CPCI总线的数据采集及处理系统[J];计算机工程;2008年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 程佳;并联4TPS-1PS型电动稳定跟踪平台的特性及控制研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李紫薇;无线可充电传感器节点开发与能量管理研究[D];浙江大学;2014年

2 秦旭斌;面向海上风电系统状态监测的长距离传感节点设计[D];浙江大学;2014年

3 陈志同;基于SSI协议的绝对值编码器通信接口研究[D];天津理工大学;2014年

4 王杰;超声波传感器网络目标跟踪系统设计与算法[D];浙江大学;2013年

5 班春成;基于FPGA的PCI数据采集卡设计与研究[D];哈尔滨理工大学;2013年

6 王豫莹;基于FPGA高速数据采集系统的设计与实现[D];陕西科技大学;2012年

7 李小平;基于PCI总线结构的数据采集系统设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

8 叶小杰;PCI数据采集卡的设计及测试方法研究[D];电子科技大学;2011年

9 孙国良;基于FPGA的cPCI接口数据采集系统设计[D];北京邮电大学;2009年

10 颜丽;FPGA配置数据流的安全性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：430294