在儀器測量領域中,對自主化、高性能、高可靠性的數(shù)據(jù)采集與處理模塊需求迫切,鑒于此本課題研制一款基于VXI總線200MSa/s四通道數(shù)據(jù)采集與處理模塊。通過對模塊功能、實際需求和技術(shù)指標的分析,本文給出了高速數(shù)據(jù)采集模塊的設計方法,解決了模擬通道調(diào)理電路設計、高速數(shù)據(jù)采集和存儲、基于Zynq嵌入式系統(tǒng)的波形參數(shù)計算以及VXI總線寄存器基的驅(qū)動程序應用等問題。為滿足高帶寬和大動態(tài)范圍模擬信號的調(diào)理需求,借助PSpice AD仿真工具設計模擬通道調(diào)理電路。由時鐘芯片提供高達200MHz LVDS驅(qū)動型時鐘信號,ADC芯片根據(jù)高頻時鐘信號完成200MSa/s高速采樣。使用PS和PL之間的HP接口完成高速數(shù)據(jù)交互,將采集數(shù)據(jù)緩存至DDR3中。緩存在DDR3中的采集數(shù)據(jù),合理分配計算任務,最終在Zynq上實現(xiàn)嵌入式波形參數(shù)計算及FFT運算。為了實現(xiàn)上位機和模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸,使用自定義IP核將VXI寄存器掛載至AXI4-Lite總線上。在儀器軟面板設計中,通過調(diào)用VISA驅(qū)動函數(shù),實現(xiàn)上位機與模塊間的參數(shù)配置和數(shù)據(jù)傳輸。采集數(shù)據(jù)最終通過VXI總線上傳至軟面板并顯示。最后,對數(shù)據(jù)采集模塊的基本功能進... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

無源衰減電路仿真波形及參數(shù)值

24圖 3-12 PE4302 輸入配置信號時序示意圖圖 3-12 是 PE4302 配置衰減倍數(shù)的串行接口時序圖，圖中配置衰減倍數(shù)為101010，即 21dB(11.22 倍)幅值衰減倍數(shù)。通信結(jié)束后使能信號產(chǎn)生脈沖，表示一次通信配置完成。該組合電路與之前的無源衰減電路，一同實現(xiàn)高帶寬和大動態(tài)范圍模擬信號的調(diào)理需求，將模擬信號調(diào)理至高速 ADC 最佳采樣范圍內(nèi)(即 1.1Vpp 以內(nèi))。其中模擬通道各個電路單元的衰減與放大設計如表 3-1 所示。表 3-1 模擬通道各電路的衰減/放大設計輸入電壓（Vpp）無源衰減中間值（Vpp）數(shù)字步進衰減固定增益輸出電壓（Vpp）0.1~0.2 ×1 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.00.2~0.5 ×1 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.00.5~1.0 ×1 0.5~1.0 ×1/10 ×10 0.5~1.01.0~2.0 ×1/10 0.1~0.2 ×1/2 0.5~1.02.0~5.0 ×1/10 0.2~0.5 ×1/5 0.4~1.05.0~10.0 ×1/10 0.5~1.0 ×1/10 0.5~1.03.3 高速數(shù)據(jù)采集設計最高 200MSa/s 采樣率的高速數(shù)據(jù)采集設計，包括采樣時鐘的設計，ADC采集數(shù)據(jù)的接收與存儲設計，以及通道觸發(fā)邏輯設計等。選擇 TI 公司的 ADS5474 高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器

時鐘芯片AD9524高速ADC高速ADC高速ADC高速ADCZynqPLSPIIP核配置信號PS AXI-Lite SPILVDS差分時鐘圖 3-13 采樣時鐘設計示意圖由圖 3-13 可知，Zynq 通過四線 SPI 串行通信方式，將配置信息寫入至AD9524 內(nèi)部的寄存器當中，設置四路 LVDS 差分時鐘信號。其中，通過 verilog硬件語言編寫 SPI 通信邏輯，并將 SPI 的 verilog 代碼封裝成用戶自定義的 IP核，掛載在 AXI4-Lite 總線上。當修改差分時鐘的頻率時，只需要通過 Zynq PS向 SPI IP 核配置新的寄存器參數(shù)即可。SPI IP 核會將配置參數(shù)通過串行接口寫入時鐘芯片 AD9524 內(nèi)部的寄存器中，改變采樣時鐘。SPI 工作方式如圖 3-14所示。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3130082