【摘要】：隨著航天裝備的現(xiàn)代化發(fā)展,對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的要求也日益提高,特別是被測(cè)信號(hào)的數(shù)量、密度、種類等日益復(fù)雜。如何在裝備使用前快速、全面、準(zhǔn)確、機(jī)動(dòng)的完成整套復(fù)雜測(cè)量任務(wù),是裝備性能保障的關(guān)鍵。為開展此方面探索,本論文針對(duì)多通道、高密度、多種類復(fù)雜信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試需求,設(shè)計(jì)了基于CPCI總線的專用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。論文首先分析了成組合的被測(cè)對(duì)象的測(cè)試需求,提出了信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)與信號(hào)測(cè)量環(huán)節(jié)去耦合的組合測(cè)量機(jī)制,并根據(jù)小型化、高密度、實(shí)時(shí)性測(cè)量要求,設(shè)計(jì)形成了包含定制化CPCI背板、龍芯零槽計(jì)算機(jī)、直流調(diào)理板卡、交流調(diào)理板卡、母線調(diào)理板卡、數(shù)據(jù)采集板卡在內(nèi)的3U尺寸CPCI測(cè)試系統(tǒng)總體方案,從硬件、固件、軟件三個(gè)層次予以實(shí)現(xiàn)。在硬件方面,綜合針對(duì)外部被測(cè)信號(hào)和內(nèi)部調(diào)理信號(hào)傳輸需求,設(shè)計(jì)了滿足CPCI規(guī)范J2口自定義的CPCI背板;針對(duì)直/交流固定和母線可變?nèi)愋盘?hào)分別設(shè)計(jì)了專用調(diào)理板卡,通過隔離、衰放、濾波、轉(zhuǎn)換、選通等環(huán)節(jié),將原始信號(hào)調(diào)理成測(cè)壓和測(cè)頻兩類;設(shè)計(jì)了可供分時(shí)復(fù)用的數(shù)據(jù)采集板卡,全面考慮了采樣率、分辨率、精度、緩存等要求。全部板卡設(shè)計(jì)了非易失參數(shù)存儲(chǔ)器。在固件邏輯方面,針對(duì)被測(cè)信號(hào)和測(cè)試電路的適配控制問題,提出并設(shè)計(jì)了調(diào)理控制編碼,基于FPGA和Verilog HDL語言完成了編碼解析和調(diào)理控制,實(shí)現(xiàn)硬件電路實(shí)時(shí)可配置;面向共性測(cè)量需求,開發(fā)了基于多通道ADC的測(cè)壓邏輯和等精度測(cè)頻邏輯,及板載存儲(chǔ)器接口和PCI總線接口邏輯;針對(duì)主機(jī)接口設(shè)計(jì)了軟件可訪問的控制、配置、狀態(tài)寄存器組。在軟件方面,針對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量需求,在龍芯2H零槽計(jì)算機(jī)和VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上,面向系統(tǒng)硬件開發(fā)了驅(qū)動(dòng)程序。針對(duì)校準(zhǔn)和測(cè)量任務(wù),基于邏輯定義的寄存器組開發(fā)了接口函數(shù)以及單通道/循環(huán)測(cè)量、自動(dòng)校準(zhǔn)應(yīng)用程序。論文在實(shí)現(xiàn)了整套測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)-硬件-邏輯-軟件基礎(chǔ)上,對(duì)所有輸入通道做了全量程校準(zhǔn),搭建了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境并進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證,結(jié)果滿足指標(biāo)要求。系統(tǒng)已投入使用,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性與可靠性。論文為復(fù)雜被測(cè)對(duì)象的自動(dòng)測(cè)試提供了分類專用調(diào)理-集中復(fù)用測(cè)量的組合測(cè)試方案和實(shí)現(xiàn)方法,對(duì)面向復(fù)雜測(cè)試需求的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V416.8
【圖文】：

圖 1-1 測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的特征和關(guān)系比較其中緊湊機(jī)箱式包括 VME 及其在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展 VXI，PCI 及其歐式卡結(jié)構(gòu) CPCI、儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展 PXI、高速串行化的 PXIe，以及綜合了 LXI 和PXIe 的 AXIe 等等[5]；分布電纜式包括 GPIB，RS232（422/485），LAN，LXI，CAN，USB，1553，SpaceWire 等；無線傳輸式包括 Zigbee，Bluetooth，Wifi，UWB 等局域無線網(wǎng)和 LoRa，NBIoT，eMTC 等廣域無線網(wǎng)。目前有分布式廣域化與緊湊式模塊化兩個(gè)發(fā)展方向，分別滿足于不同的數(shù)據(jù)傳輸需求環(huán)境。無線傳輸方式向高速率移動(dòng)化發(fā)展，緊湊機(jī)箱型傳輸方式向高帶寬儀器化方向發(fā)展[6]。1.2.2 測(cè)試儀器總線技術(shù)發(fā)展80 年代起，國內(nèi)開始研制基于 GPIB、CAMAC 總線的半自動(dòng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[7]。到 90 年代中后期，隨著總線技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，國內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)越來越多的采用了 VXI 總線技術(shù)[7]。對(duì)于重點(diǎn)型號(hào)基本具備了完備的 VXI 總線通用或?qū)Ｓ玫淖詣?dòng)測(cè)試系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)取得了極大的

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章在第 2 章的系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)結(jié)論基礎(chǔ)上，提出 CPCI 專用測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，包括硬件總體方案和各部分硬件電路的具體設(shè)計(jì)。本章的硬件設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)調(diào)理環(huán)節(jié)和測(cè)量環(huán)節(jié)去耦合的硬件實(shí)現(xiàn)方案，其中信號(hào)的互連是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的 CPCI 專用測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由 6 個(gè)部分的板卡級(jí)硬件組成：J2/P2定制化的 CPCI 背板，標(biāo)準(zhǔn) CPCI 零槽計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集復(fù)用板卡，直流信號(hào)調(diào)理專用板卡，交流信號(hào)調(diào)理專用板卡，母線信號(hào)調(diào)理專用板卡。此外還包括必要的供電設(shè)計(jì)，及與被測(cè)對(duì)象和校準(zhǔn)源的硬件接口�？紤]到系統(tǒng)的緊湊需求和器件密度，采用 3U 尺寸機(jī)箱。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體原理框圖如圖 3-1 所示。

圖 3-2 基于龍芯-2H 單片 SoC 的 CPCI 零槽計(jì)算機(jī)原理框圖圖 3-2 中所示的零槽計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)方案圍繞 LS-2H SoC 展開：通過 DDR控制器擴(kuò)展 DDR3 SDRAM 內(nèi)存顆粒，通過 SPI 接口擴(kuò)展 FLASH ROM，通過PCIe 控制器和 PCIe-PCI 橋擴(kuò)展 CPCI J1 接口，通過 UART 接口擴(kuò)展 RS232 串口，通過 GMAC 接口擴(kuò)展以太網(wǎng)接口，通過 SATA 擴(kuò)展固態(tài)硬盤接口，通過GPIO 擴(kuò)展 PS2 鍵盤和鼠標(biāo)接口，通過 VGA 接口擴(kuò)展顯示接口。零槽計(jì)算機(jī)硬件由外協(xié)合作單位根據(jù)訂制需求研制實(shí)現(xiàn)，課題僅在零槽計(jì)算機(jī)硬件與VxWorks 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行面向底層硬件驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)，因此對(duì)零槽計(jì)算機(jī)硬件研制不做重點(diǎn)闡述。3.2.2 機(jī)箱背板設(shè)計(jì)由總體功能設(shè)計(jì)和圖 3-1 可知，定制化 CPCI 背板是硬件系統(tǒng)各組件實(shí)現(xiàn)有效互連的骨干，為各板卡和模塊提供緊湊的機(jī)械固定和可靠的電氣連接，硬件設(shè)計(jì)應(yīng)保障 CPCI 背板能夠：（1）為來自被測(cè)對(duì)象或校準(zhǔn)源的被測(cè)信號(hào)提供后走線 rP2 連接器使其通過 rJ2 連接器進(jìn)入背板對(duì)應(yīng)槽位，（2）為經(jīng)過三類調(diào)理板

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 齊永龍;宋斌;劉道煦;;國外自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展綜述[J];國外電子測(cè)量技術(shù);2015年12期

2 楊帥;席志紅;;基于VxWorks的Compact PCI總線中斷機(jī)制研究[J];電子科技;2015年04期

3 張萬緒;劉雷;楊威;張維峰;袁永德;;基于Vxworks的航空機(jī)電自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、通信機(jī)制[J];西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

4 屈建兵;;軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展綜述[J];直升機(jī)技術(shù);2014年01期

5 趙亮亮;肖明清;程進(jìn)軍;陳利安;朱令龍;;COBRA/T——美軍通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2013年06期

6 張鵬飛;馮春陽;王瑋;胡江峰;;基于PXI總線的A/D數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2012年11期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 李力;一種基于CPCI總線的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國科學(xué)院大學(xué)（工程管理與信息技術(shù)學(xué)院）;2014年

2 楊振家;基于CPCI總線的高速數(shù)據(jù)采集處理模塊的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2013年

3 陳慧;CPCI數(shù)據(jù)采集模塊的研究和開發(fā)[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

4 李士偉;基于CPCI總線四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2750752