基于PCI-E总线的信号发生器硬件设计

论文摘要

随着水声定位系统向高精度、高可靠性、高数据更新率发展,对测试设备的要求日益提高,传统信号发生器已难以满足其对多通道、实时性、复杂波形的需求。因此需要研制高性能、一体化、通用化的信号发生器,以便于在实验室条件下对水声定位系统进行调试、性能检验和维护。本论文在比较了几种流行总线技术优缺点的基础上,采用了目前性能最好的内部总线PCI-E总线实现高速数据传输。系统硬件采用PCI-E总线桥+FPGA结构,在该结构中,PCI-E总线桥用于连接高速PCI-E总线与本地总线,担任DMA数据传输控制器。FPGA作为本地总线控制器,实现本地总线接口管理、数据缓存、DA控制以及中断管理等功能。为了完整实现信号发生器的各项功能,开发了计算机控制程序,通过人机交互界面设置信号参数以及控制信号的发送。本论文详细介绍了信号发生器各部分硬件电路结构以及器件选型,并结合各部分模块接口图和仿真时序图,阐述了软件设计思想和实现方法。最后利用多种测试手段,测试了信号发生器的性能指标,该信号发生器达到了设计要求,已用于某被动式水声定位系统的实验室调试,此外还可应用于其它水声定位系统的实验室测试测量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外发展前景及现状
• 1.3 信号发生器设计指标
• 1.4 总线技术简介
• 1.4.1 外部总线技术简介
• 1.4.2 内部总线技术简介
• 1.5 PCI-E总线简介
• 1.5.1 PCI-E总线结构概述
• 1.5.2 PCI-E总线设备层介绍
• 1.5.3 PCI-E总线配置空间
• 1.6 论文背景及结构安排
• 第2章 PCI-E总线信号发生器硬件设计
• 2.1 系统总体设计概述
• 2.2 各模块电路设计
• 2.2.1 PCI-E桥电路设计
• 2.2.2 本地总线电路设计
• 2.2.3 FPGA接口电路设计
• 2.2.4 多通道DA转换电路设计
• 2.2.5 模拟调理电路设计
• 2.2.6 电源管理电路设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 PCI-E总线信号发生器软件设计
• 3.1 概述
• 3.2 可编程逻辑器件软件设计
• 3.2.1 本地总线控制
• 3.2.2 DA转换器控制
• 3.2.3 数据缓存及时钟管理
• 3.2.4 中断控制
• 3.2.5 触发模式
• 3.3 EEPROM配置
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统调试与功能验证
• 4.1 板卡硬件安装及调试
• 4.2 信号发生器测试结果
• 4.2.1 信号发生器功能测试
• 4.2.2 数据传输速率测试
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A