發(fā)布時(shí)間：2017-08-20 10:21

  本文關(guān)鍵詞：多總線儀器程控接口轉(zhuǎn)換器研制

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【摘要】：本課題來(lái)源于研究所的科研項(xiàng)目“多總線儀器程控接口轉(zhuǎn)換器研制”。由于筆者單位目前的半導(dǎo)體電路測(cè)試生產(chǎn)線新舊儀器并存,各類儀器所配備的GPIB、LAN、USB等總線接口類型繁多,使得測(cè)試平臺(tái)統(tǒng)一困難,且對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的易用性及穩(wěn)定性也有影響。因此開發(fā)多總線儀器程控接口轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)USB/LAN-GPIB總線接口的轉(zhuǎn)換,對(duì)于筆者單位的科研生產(chǎn)測(cè)試具有較高的實(shí)用價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)外較為成熟的USB/LAN-GPIB接口轉(zhuǎn)換的解決方案,如USB-GPIB接口轉(zhuǎn)換器和LAN-GPIB接口轉(zhuǎn)換器類的產(chǎn)品還相對(duì)較少,且價(jià)錢昂貴。如是德科技有限公司(原安捷倫科技有限公司)的USB-GPIB轉(zhuǎn)換接口82357和LAN-GPIB接口轉(zhuǎn)換器E5810A,以及美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)的GPIB-ENET/1000和GPIB-USB-HS接口轉(zhuǎn)換器,這些接口轉(zhuǎn)換器價(jià)格均在500美元到1200美元(約合人民幣3000元至8000元)范圍內(nèi)。此外,上述各類國(guó)外公司產(chǎn)品均僅僅只有單一的兩種接口的轉(zhuǎn)換功能,不能實(shí)現(xiàn)多種接口到GPIB接口轉(zhuǎn)換的功能,在自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)組建,外場(chǎng)試驗(yàn)等實(shí)際應(yīng)用中不便于使用和攜帶。而目前國(guó)內(nèi)廠家所研發(fā)的同類產(chǎn)品也基本以逆向仿制以上美國(guó)公司產(chǎn)品為主,穩(wěn)定性較差且無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此自主研發(fā)USB/LAN-GPIB總線接口轉(zhuǎn)換器既可節(jié)約科研經(jīng)費(fèi),也可規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。該科研項(xiàng)目的研究目的是實(shí)現(xiàn)USB/LAN-GPIB總線接口轉(zhuǎn)換器的研制設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)測(cè)控機(jī)通過USB/LAN總線接口與具有GPIB總線接口儀器之間的順暢通信,且相對(duì)國(guó)外產(chǎn)品具有價(jià)格低廉,功能集成度高的優(yōu)勢(shì),同時(shí)滿足測(cè)試生產(chǎn)線及外場(chǎng)試驗(yàn)的各類需求。本文詳細(xì)論述了USB/LAN-GPIB接口轉(zhuǎn)換器的基本設(shè)計(jì)原理及總體設(shè)計(jì)方案,硬件和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面的內(nèi)容。使用單片機(jī)STM32F407設(shè)計(jì)的USB/LAN-GPIB接口轉(zhuǎn)換器,是將具有GPIB接口的可程控儀器通過USB接口、或LAN接口與測(cè)控機(jī)相連,該轉(zhuǎn)換器使用的是標(biāo)準(zhǔn)的USB接口、LAN接口、GPIB接口,通過該轉(zhuǎn)換器,具有GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線接口的可程控儀器可以方便地通過USB/LAN接口接受測(cè)控機(jī)控制,接入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。硬件方面:結(jié)合本次研究的目的、器件性能與價(jià)格、以及對(duì)現(xiàn)有的軟硬件資源熟悉程度等因素,確定了基于單片機(jī)STM32F407的轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)方案。STM32F407集成了USB接口控制器和USB-FS(Full Speed)PHY(Physical layer),實(shí)現(xiàn)USB-HS(High Speed)接口需外接高速PHY電路,本設(shè)計(jì)采用USB-HS接口。STM32F407集成了10/100Mbit/s以太網(wǎng)控制器,但需外接快速以太網(wǎng)PHY才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。本設(shè)計(jì)選用DP83848作為網(wǎng)絡(luò)物理層芯片。GPIB接口電路模塊主要由GPIB接口控制芯片NAT9914,總線收發(fā)器SN75162、及GPIB標(biāo)準(zhǔn)連接器等構(gòu)成。軟件方面:轉(zhuǎn)換器軟件編寫和編譯環(huán)境為Keil uVision5。在ST公司的Cube庫(kù)基礎(chǔ)上編寫了USBTMC協(xié)議,TCP/IP采用Lw IP協(xié)議包。本次項(xiàng)目研制,筆者完成了USB/LAN-GPIB程控接口轉(zhuǎn)換器的軟、硬件設(shè)計(jì),通過該USB/LAN-GPIB程控接口轉(zhuǎn)換器,進(jìn)行了測(cè)控機(jī)與程控儀器的聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了測(cè)控機(jī)對(duì)程控儀器的程控功能,達(dá)到了該項(xiàng)目的預(yù)期研制目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：GPIB LAN USB 程控接口 總線
【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】：2016
【分類號(hào)】：TH703
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 研究工作的背景概述13-14
• 1.2 選題在實(shí)際應(yīng)用方面的意義和價(jià)值14
• 1.3 本課題的主要工作內(nèi)容14-15
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 相關(guān)總線接口技術(shù)的分析與研究17-36
• 2.1 USB總線概述及通用協(xié)議基礎(chǔ)17-22
• 2.1.1 USB總線基本特性17-20
• 2.1.2 USB系統(tǒng)的構(gòu)成20-21
• 2.1.3 USB的包結(jié)構(gòu)及分類21
• 2.1.4 USB的四種傳輸類型21-22
• 2.1.5 端點(diǎn)類型與傳輸類型的關(guān)系22
• 2.2 USBTMC協(xié)議22-29
• 2.2.1 USBTMC傳輸模型22-23
• 2.2.2 USBTMC的數(shù)據(jù)格式23-24
• 2.2.3 批量輸出端點(diǎn)24-25
• 2.2.4 批量輸出USBTMC協(xié)議25-27
• 2.2.5 批量輸出傳輸27
• 2.2.6 批量輸入傳輸27
• 2.2.7 控制傳輸27-29
• 2.3 GPIB總線概述29-32
• 2.3.1 GPIB總線結(jié)構(gòu)30
• 2.3.2 GPIB協(xié)議基礎(chǔ)30-32
• 2.3.3 GPIB接口功能32
• 2.4 TCP/IP協(xié)議32-35
• 2.4.1 TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)32
• 2.4.2 TCP/IP基本原理32-33
• 2.4.3 TCP/IP中的主要協(xié)議功能33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 硬件設(shè)計(jì)36-51
• 3.1 程控轉(zhuǎn)換器總體硬件方案36
• 3.2 MCU及其外圍電路36-40
• 3.2.1 STM32F407單片機(jī)特點(diǎn)37
• 3.2.2 電源電路37-39
• 3.2.3 JTAG接口電路39-40
• 3.2.4 時(shí)鐘電路40
• 3.3 GPIB接口電路40-44
• 3.4 高速USB接口電路44-46
• 3.5 LAN接口電路46-47
• 3.6 PCB板設(shè)計(jì)47-50
• 3.6.1 總體設(shè)計(jì)47-48
• 3.6.2 PCB布局48-49
• 3.6.3 信號(hào)線走線49-50
• 3.6.4 電源質(zhì)量50
• 3.7 本章小結(jié)50-51
• 第四章 軟件設(shè)計(jì)51-69
• 4.1 軟件總體設(shè)計(jì)51-52
• 4.2 GPIB接口軟件設(shè)計(jì)52-60
• 4.2.1 NAT9914總體結(jié)構(gòu)52-53
• 4.2.2 NAT9914內(nèi)部寄存器53-55
• 4.2.3 NAT9914軟件編程流程55-59
• 4.2.4 GPIB接口函數(shù)編寫59-60
• 4.3 USBTMC軟件設(shè)計(jì)60-66
• 4.3.1 USB設(shè)備庫(kù)60-62
• 4.3.2 USBTMC類設(shè)計(jì)62-66
• 4.3.3 指令格式定義66
• 4.4 以太網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 模塊功能測(cè)試69-75
• 5.1 USB-GPIB測(cè)試69-71
• 5.2 LAN-GPIB測(cè)試71-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 第六章 全文總結(jié)與展望75-77
• 6.1 全文總結(jié)75-76
• 6.2 后續(xù)工作展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果80-81
• 附錄A 時(shí)鐘及MCU外圍電路原理圖81-82
• 附錄B GPIB接口原理圖82-83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：706074