【摘要】：在電力電子工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,我們時(shí)常需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和記錄產(chǎn)品的頻率、轉(zhuǎn)速、溫度、電壓等物理量的變化,這樣有助于保障產(chǎn)品的質(zhì)量安全。傳統(tǒng)的儀器儀表無(wú)法滿足多種物理量信號(hào)的采集與處理、波形的顯示與分析和長(zhǎng)時(shí)間的記錄等需求。本課題所研制的示波記錄儀是一款可支持多種物理量信號(hào)波形測(cè)量、分析和記錄的綜合電子測(cè)量設(shè)備,能有效滿足上述需求。其中,可插拔模塊是示波記錄儀實(shí)現(xiàn)多種物理量信號(hào)采集和處理主要核心部分之一。本文主要研究的是設(shè)計(jì)可插拔模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率頻率和與頻率相關(guān)多個(gè)物理量的采集與處理,以及多個(gè)通道的寬范圍溫度或小電壓信號(hào)的采集與處理。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、從示波記錄儀整體方案出發(fā),根據(jù)指標(biāo)需求選擇相應(yīng)的測(cè)量方法來(lái)設(shè)計(jì)高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊。結(jié)合時(shí)延法和直接測(cè)周法,采用TDC+FPGA方案來(lái)設(shè)計(jì)高分辨率頻率模塊�；跓犭娕紲囟葴y(cè)量法來(lái)設(shè)計(jì)多通道溫度電壓模塊。2、高分辨率頻率模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模擬通道電路將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。采用TDC+FPGA方案設(shè)計(jì)高分辨率測(cè)量模塊,通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)了高分辨率的頻率測(cè)量(≤625ps)。高分辨率測(cè)量模塊測(cè)量得到的基本參數(shù)經(jīng)多物理量運(yùn)算模塊運(yùn)算后,可得到與頻率相關(guān)多個(gè)物理量,實(shí)現(xiàn)與頻率相關(guān)多個(gè)物理量的測(cè)量。3、多通道溫度電壓模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)16通道溫度電壓掃描模塊結(jié)合FPGA控制來(lái)進(jìn)行輪詢采樣,從而實(shí)現(xiàn)16個(gè)通道溫度或電壓測(cè)量。16通道溫度電壓掃描模塊不僅支持8種類型熱電偶,還具備熱電偶斷線檢測(cè)和冷端溫度測(cè)量功能。設(shè)計(jì)模擬通道電路把熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換成的熱電動(dòng)勢(shì)或小電壓信號(hào)調(diào)理為合適電壓后再進(jìn)入ADC采樣。根據(jù)電壓溫度轉(zhuǎn)換算法把電壓值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)溫度值,實(shí)現(xiàn)寬范圍的溫度測(cè)量(-200℃~1800℃)。最終,測(cè)試與驗(yàn)證結(jié)果表明,高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊都滿足設(shè)計(jì)需求。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM935
【圖文】：

圖 3-12 DAC 寫(xiě)操作時(shí)序圖單次寫(xiě)入的串行數(shù)據(jù)共 24 位，分別是 7 位地址字節(jié)和 1 位讀寫(xiě)操作、8 位控制命令字節(jié)、8 位數(shù)據(jù)高字節(jié)和 8 位數(shù)據(jù)低字節(jié)。當(dāng) SDA 數(shù)據(jù)高低電平變換而 SCL時(shí)鐘處于高電平時(shí)，設(shè)定為寫(xiě)操作，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入到設(shè)定的 I2C 地址。在第 9個(gè)脈沖期間，將 SDA 置低，作為應(yīng)答位 ACK。先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 DAC 控制寄存器，用來(lái)設(shè)置 DAC 的掉電、增益、復(fù)位等功能，設(shè)定增益 Gain 為 2 倍。配置完 DAC后，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 DAC 寄存器，完成寫(xiě)操作后，會(huì)更新 DAC 的輸出值。在 SCL是低電平時(shí)，SDA 線進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在 SCL 高電平期間保持穩(wěn)定。寫(xiě)數(shù)據(jù)完畢后，在第 9 個(gè)時(shí)鐘期間將 SDA 置低，在第 10 個(gè)時(shí)鐘期間將 SDA 置高，從而停止 SDA數(shù)據(jù)傳輸。3.2.2 模擬通道控制模塊輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)了模擬信號(hào)調(diào)理通道衰減、放大和濾波后進(jìn)入了比較電路，輸出為方波信號(hào)。模擬通道由 FPGA 控制。最后，方波信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字隔離傳輸至高分辨

圖 5-2 高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊圖文設(shè)計(jì)的高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊頻率模塊前端的模擬通道電路和后端數(shù)字處理電輸入一個(gè)測(cè)試信號(hào)然后通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)后端電路，溫度電壓模塊由 16 通道溫度電壓掃描模塊和后級(jí)測(cè)模塊上前后端電路能否收到信號(hào)來(lái)判斷電路連連通后，開(kāi)始進(jìn)行模塊的驗(yàn)證與調(diào)試。道控制驗(yàn)證的硬件電路調(diào)試時(shí)，把模塊與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC 通ilinxVivado 軟件來(lái)發(fā)出控制命令，對(duì)模擬通道電路塊和多通道溫度電壓模塊的模擬通道電路都是需，所以先進(jìn)行 FPGA 通道控制模塊驗(yàn)證。

圖 5-2 高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊圖上圖就是本文設(shè)計(jì)的高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊。首先，我們需要檢測(cè)高分辨率頻率模塊前端的模擬通道電路和后端數(shù)字處理電路是否連通，通過(guò) BNC 轉(zhuǎn)接頭輸入一個(gè)測(cè)試信號(hào)然后通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)后端電路，收到信號(hào)即可保證連通。多通道溫度電壓模塊由 16 通道溫度電壓掃描模塊和后級(jí)電路組成，輸入測(cè)試信號(hào)通過(guò)檢測(cè)模塊上前后端電路能否收到信號(hào)來(lái)判斷電路連通。在保證了前后端電路能正常連通后，開(kāi)始進(jìn)行模塊的驗(yàn)證與調(diào)試。5.2.1 FPGA 通道控制驗(yàn)證在進(jìn)行模塊的硬件電路調(diào)試時(shí)，把模塊與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC 通過(guò)串口連接起來(lái)，在 PC 上通過(guò) XilinxVivado 軟件來(lái)發(fā)出控制命令，對(duì)模擬通道電路進(jìn)行控制。由于高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊的模擬通道電路都是需要 FPGA 發(fā)出控制指令才能工作，所以先進(jìn)行 FPGA 通道控制模塊驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 ;橫河發(fā)布示波記錄儀DL850E/DL850EV全新模塊[J];國(guó)外電子測(cè)量技術(shù);2015年10期

2 閆鑫;王曉娜;丁淵明;楊遂軍;葉樹(shù)亮;;熱電偶快速高精度測(cè)溫算法[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年03期

3 宿非凡;朱亞彬;紀(jì)幸辰;;利用真空變溫薄膜電阻實(shí)驗(yàn)儀測(cè)量熱電材料特性參數(shù)[J];物理與工程;2013年03期

4 李立s

本文編號(hào)：2777771