本文關鍵詞：基于FPGA的多功能測試儀的開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《浙江大學》 2007年

基于FPGA的多功能測試儀的開發(fā)

王晶晶  

【摘要】： 測試儀廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防建設的各個領域，是科研和生產(chǎn)不可或缺的重要裝備之一。其工作原理是由信號發(fā)生裝置向被測對象發(fā)送激勵信號，同時由信號采集與處理裝置通過傳感器采集被測對象的響應信號，并送到上位機進行數(shù)據(jù)分析和處理。本文研究采用靈活的現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA為核心，協(xié)調(diào)整個儀器的運轉，并采用先進的USB總線技術，將信號發(fā)生、信號采集與處理有機地集成為一體的多功能測試儀。 本文的第一章介紹了測試儀及其研究應用現(xiàn)狀，根據(jù)儀器的成本、便攜性和通用性要求不斷提高的發(fā)展趨勢，提出了本課題的研究任務和關鍵技術； 第二章從硬件和軟件兩個方面討論了測試儀的總體設計方案，并且分別詳述了電源模塊、USB模塊、FPGA模塊、DSP模塊、A／D模塊、D／A模塊這六個功能模塊的硬件設計； 第三章討論了USB模塊相關的軟件設計，其中包含USB固件設計、驅動程序設計和客戶應用程序設計三個方面的內(nèi)容，詳細論述了各部分軟件的架構和主要功能模塊的實現(xiàn)。 第四章討論了主控器FPGA的設計，是本文的核心部分。先從總體上介紹了FPGA的設計方案，然后從MCU模塊、信號采集模塊、信號發(fā)生模塊三部分具體描述了其實現(xiàn)方式。軟件設計上采用了模塊化的設計思想，使得結構清晰，可讀性強，易于進一步開發(fā)；并且靈活的使用了有限狀態(tài)機，大大提高了程序的穩(wěn)定性和運行效率。 第五章介紹了DSP模塊的設計，討論了波形生成的原理及實現(xiàn)，并提出了與FPGA接口的方式。 第六章詳細描述了實驗的步驟和結果，分別從單通道采樣和多通道采樣兩方面實驗，驗證了儀器的性能和設計的可行性。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH701
【目錄】：

摘要4-5

ABSTRACT5-8

第1章 緒論8-14

1.1 測試儀概述8-10

1.1.1 測試儀簡介8

1.1.2 國內(nèi)外研究和應用現(xiàn)狀8-10

1.2 USB總線技術及其應用10-11

1.3 VERILOG HDL語言簡介11-13

1.4 研究任務13-14

第2章 測試儀的設計方案14-27

2.1 儀器總體硬件結構14-15

2.2 儀器的軟件結構15-16

2.3 儀器各模塊硬件結構16-26

2.3.1 電源模塊16-18

2.3.2 USB模塊18-20

2.3.3 FPGA模塊20-23

2.3.4 DSP模塊23-25

2.3.5 A/D模塊25

2.3.6 D/A模塊25-26

2.4 本章小節(jié)26-27

第3章 USB軟件設計27-43

3.1 USB固件程序設計27-32

3.1.1 固件架構27-29

3.1.2 USB端點緩存配置29-30

3.1.3 從屬FIFO配置30-32

3.2 USB驅動程序設計32-37

3.2.1 固件下載USB設備驅動程序32-33

3.2.2 USB設備驅動程序33-36

3.2.3 設備信息文件(INF文件)36-37

3.3 WIN32應用程序設計37-42

3.3.1 USB配置信息模塊40-41

3.3.2 信號采集模塊41-42

3.4 本章小節(jié)42-43

第4章 主控器FPGA的設計43-57

4.1 FPGA開發(fā)環(huán)境概述43-44

4.2 FPGA總體設計44-45

4.3 MCU模塊的設計45-49

4.3.1 FPGA與USB的通訊45-48

4.3.2 初始化配置48-49

4.4 信號采集模塊49-52

4.5 信號發(fā)生模塊52-54

4.6 FPGA的配置54-56

4.7 本章小節(jié)56-57

第5章 數(shù)字信號處理模塊的開發(fā)57-69

5.1 DSP系統(tǒng)概述57-61

5.1.1 DSP系統(tǒng)的特點57

5.1.2 DSP系統(tǒng)的設計流程57-58

5.1.3 CCS開發(fā)軟件簡介58-60

5.1.4 TMS320VC5509A DSP處理器60-61

5.2 信號發(fā)生原理及編程61-65

5.2.1 查表法生成正弦信號61-63

5.2.2 線形掃頻信號的生成63-64

5.2.3 混合法提高信號精度64-65

5.3 DSP與FPGA的通訊65-68

5.3.1 DSP的存儲器映射65-66

5.3.2 DSP與FPGA的通訊方法66-68

5.4 本章小節(jié)68-69

第6章 實驗69-75

6.1 單通道信號采集實驗69-72

6.2 多通道信號采集實驗72-74

6.3 本章小節(jié)74-75

第7章 總結與展望75-76

參考文獻76-79

附錄一:碩士期間錄用的學術論文79-80

致謝80

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