LXI多功能仪器数据采集与数字存储示波器模块的研究与实现

论文摘要

随着Internet技术的迅速发展,以太网和TCP/IP协议已成为一种公认的网络传输标准。仪器总线从30多年前的GPIB历经VXI、PXI发展到今天的LXI总线,给测量与仪器仪表技术带来了前所未有的发展空间和机遇,网络化测量技术与网络功能的新型仪器应运而生。本课题是“LXI多功能仪器关键技术研究”项目的子课题,其主要任务是研究用于LXI多功能仪器的数据采集卡和数字存储示波器多功能仪器模块的设计与实现方法,以及与基于32位嵌入式微处理器(S3C2410)的多功能仪器系统控制平台进行数据传输的相关技术。本文首先介绍了仪器总线的研究背景并分析了国内外的发展现状,阐述了LXI仪器的特点和一些在实际应用中的关键性问题。通过深入研究高性能仪器的前向通道电路、LXI总线技术以及高速数字系统的设计方法,结合ARM9微处理器嵌入式系统的技术特点,在CPLD/FPGA技术的支持下,研究用于LXI多功能仪器的数据采集器和数字存储示波器多功能仪器模块的设计与实现方法;并研究该多功能仪器模块与支持LXI总线接口的多功能仪器系统控制平台的硬件连接技术和数据通信方法;实现并验证数字采集功能仪器模块的常用功能及性能指标;为实现LXI多功能通用测量仪器提供数据采集器和数字存储示波器多功能仪器模块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 LXI 仪器总线背景
• 1.1.1 仪器总线的发展
• 1.1.2 模块化仪器的优势
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 国内外技术发展趋势
• 1.3 课题来源背景与目标
• 1.3.1 任务来源背景
• 1.3.2 本课题研究内容及意义
• 1.4 主要工作内容
• 第二章 数字存储示波器的原理与相关技术
• 2.1 示波器的基本原理
• 2.2 数字存储示波器的主要技术指标
• 2.2.1 最高采样速率
• 2.2.2 带宽（BW）
• 2.2.3 分辨率
• 2.2.4 水平偏转因数
• 2.2.5 存储深度
• 2.2.6 上升时间
• 2.3 数字存储示波器的主要特点
• 2.4 数字存储示波器的工作模式
• 2.5 示波器插值算法的研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 多功能仪器模块的总体设计方案
• 3.1 LXI 多功能仪器总体设计方案
• 3.1.1 嵌入式平台的选择与LXI 接口协议开发
• 3.1.2 多功能仪器功能软件与界面的设计
• 3.1.3 多功能仪器模块的开发
• 3.2 仪器模块的总体硬件结构
• 3.2.1 单片机选型及电路设计
• 3.2.2 FPGA 的器件选型及设计原则
• 3.3 仪器模块方案特点
• 3.4 仪器模块的设计指标
• 3.5 本章小结
• 第四章 硬件系统电路设计
• 4.1 输入信号调理电路设计
• 4.1.1 输入信号耦合
• 4.1.2 输入保护电路
• 4.1.3 衰减网络部分电路
• 4.1.4 程控放大电路设计
• 4.2 数据采集与存储部分电路设计
• 4.2.1 AD 芯片的选择与电路设计
• 4.2.2 数据存储电路设计
• 4.2.3 数据存储电路的实现
• 4.3 示波器时基电路设计
• 4.3.1 时基调整与系统采样率
• 4.3.2 系统时基与采样率的实现
• 4.4 触发系统电路设计
• 4.4.1 数字存储示波器的触发模式
• 4.4.2 触发电路的设计与实现
• 4.5 仪器模块与平台接口的设计
• 4.5.1 嵌入式平台扩展接口
• 4.5.2 嵌入式平台接口的设计方案
• 4.6 模块供电电路
• 4.7 FPGA 部分电路与调试
• 4.7.1 FPGA 配置电路
• 4.7.2 FPGA 的调试
• 4.8 本章小结
• 第五章 仪器模块系统的软件设计
• 5.1 仪器模块软件程序的设计
• 5.1.1 软件开发环境及其特点
• 5.1.2 系统模块软件结构设计
• 5.1.3 模块控制部分软件设计
• 5.1.4 数据采集部分软件设计
• 5.2 信号参数的自动测量
• 5.2.1 幅度参数的测量
• 5.2.2 时域参数的测量
• 5.3 仪器模块的调试与验证
• 5.3.1 仪器模块的串行接口设计
• 5.3.2 模块上位机软件设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作进展
• 6.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读期间研究成果
• 附录A 仪器模块实物图
• 附录B 仪器模块原理图