LXI扫描A/D模块的研制

论文摘要

目前,基于LAN接口的LXI仪器技术成为新一代仪器的标准,国内外各大仪器厂商和研究机构相续展开了对LXI技术的研究。以积累LXI仪器关键实现技术为目的,本所展开了LXI标准技术的基础研究及关键仪器的应用研究,本文所研制的LXI扫描A/D模块为这次预研项目中关键仪器之一。本文以通用性设计为指导,在对国内外现有扫描A/D模块进行充分调研的基础上,结合本所LXI接口单元的设计成果,确定了本模块的功能和技术指标,以此制定了总体设计方案。为了增强仪器的通用性和扩展性,本文提出的设计方案在机械结构方面,采用信号调理板和功能底板分体设计、相互栈接的结构。硬件方面,详细地分析了扫描通道中的多项关键实现技术,包括模拟开关电路及其前后级匹配电路、扫描控制电路等;文中还阐述了模块的触发系统设计方法,并以多级触发源保证了模块操作的灵活性。此外,本文还对A/D转换、数据存储和采样数据上传等关键技术和设计难点做了详细的叙述。在软件方面,以μClinux操作系统为平台,开发了基于TCP协议的网络服务器程序和仪器网页界面。文中还阐述了IVI-COM驱动程序的实现过程以及调用验证方法。最后,为了保证模块的精度,本文设计了仪器自动校准方法,对模块各个通道进行了误差修正和补偿,从而提高了测量的精度;在此基础上,对模块误差进行分析、计算,以此给出模块的不确定度。实际调试和测试结果表明,扫描A/D模块各项功能和技术指标符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 LXI技术综述
• 1.2.1 LXI技术概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 多通道采集技术综述
• 1.4 课题的来源、目的及意义
• 1.5 论文主要研究内容和结构
• 第2章 总体设计方案
• 2.1 主要功能和技术指标
• 2.1.1 需求分析
• 2.1.2 模块主要功能
• 2.1.3 模块主要技术指标
• 2.2 硬件设计方案
• 2.2.1 硬件总体设计方案
• 2.2.2 功能单元关键器件选型
• 2.2.3 接口单元设计方案
• 2.2.4 触发系统方案
• 2.3 软件设计方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 硬件设计
• 3.1 输入模拟通道
• 3.1.1 信号调理板电路
• 3.1.2 扫描开关阵列
• 3.1.3 差分转单端电路
• 3.2 A/D变换电路
• 3.2.1 逐次逼近型模数转换器
• 3.2.2 模数转换电路
• 3.3 扫描通道设计
• 3.3.1 基于循环FIFO的扫描列表机制
• 3.3.2 通道地址译码
• 3.3.3 扫描采集实现原理
• 3.4 触发系统设计
• 3.4.1 触发系统结构
• 3.4.2 触发功能模块设计
• 3.4.3 LXI硬线触发电路设计
• 3.4.4 触发扫描模式
• 3.5 采集数据存储设计
• 3.5.1 采集数据存储格式
• 3.5.2 采集数据存储设计
• 3.6 LXI接口电路设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 ARM应用程序设计
• 4.1.1 基于ARM网络通信
• 4.1.2 功能处理程序
• 4.1.3 采集数据专用传输链路设计
• 4.2 IVI-COM驱动程序设计
• 4.2.1 IVI-COM驱动程序总体结构
• 4.2.2 关键方法和特性的实现
• 4.2.3 IVI-COM驱动程序的验证
• 4.3 LXI扫描A/D网页界面开发
• 4.3.1 LXI仪器网页设计规范
• 4.3.2 网页界面的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 自动校准和误差分析
• 5.1 调试
• 5.1.1 调试方法
• 5.1.2 调试结果和分析
• 5.2 自动校准
• 5.2.1 虚拟仪器模块校准理论
• 5.2.2 扫描A/D校准设计
• 5.2.3 扫描A/D校准算法
• 5.2.4 校准结果
• 5.3 误差及不确定度分析
• 5.3.1 测量误差与不确定度
• 5.3.2 模块误差来源分析
• 5.3.3 直流电压测量的误差及不确定度分析
• 5.3.4 交流电压测量的误差及不确定度分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 LXI扫描A/D模块实物图
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢