發(fā)布時間：2017-06-07 21:08

  本文關(guān)鍵詞：基于CPCI總線標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于工業(yè)控制過程中信號檢測與反饋環(huán)節(jié)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,同時控制過程需要采集的數(shù)據(jù)量大,對數(shù)據(jù)采集的速率、精度要求高,所以性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于保證控制過程精確、高效、穩(wěn)定有重要的意義。隨著計算機總線技術(shù)的發(fā)展,CPCI總線以其高性能逐步成為工業(yè)計算機最可靠的系統(tǒng)總線之一,CPCI總線不僅能保證高速的數(shù)據(jù)傳輸,且具備通用的操作系統(tǒng)和開放的架構(gòu)體系,使結(jié)合了CPCI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有良好的兼容性和可靠性,獲得越來越廣泛的應(yīng)用前景。目前基于CPCI總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在功能單一、可擴展性差等缺陷,本文利用Xilinx FPGA設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于CPCI總線標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其中硬件系統(tǒng)采用通用性設(shè)計框架,兼容不同功能模塊同步運行。具體而言,系統(tǒng)包括基于CPCI總線標準的采集控制主板和兩種功能子板,采集控制主板和功能子板之間通過通用接口模塊連接,該模塊定義了板卡間連接的硬件標準和通信協(xié)議,大大改善了系統(tǒng)的功能可擴展性。論文設(shè)計實現(xiàn)的采集控制主板負責系統(tǒng)的調(diào)度控制,以及同工控機、外圍設(shè)備的通信,兩種功能子板分別是支持多路信號采集及指令輸出控制的SSI信號采集卡和支持多路數(shù)模轉(zhuǎn)換的DAC數(shù)據(jù)處理卡,硬件系統(tǒng)和上位機軟件構(gòu)成整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計及通信調(diào)試的基礎(chǔ)上,本文在基于電動缸的實際應(yīng)用場景中對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了性能測試實驗。測試表明,基于CPCI總線標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠同時支持多種數(shù)據(jù)處理功能,且各項指標均滿足設(shè)計要求,整個系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)據(jù)采集 CPCI總線 同步串行接口 通用接口 數(shù)模轉(zhuǎn)換
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致謝8-13
• 1. 緒論13-22
• 1.1. 研究背景和意義13-18
• 1.1.1. 數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用背景和意義13-14
• 1.1.2. 系統(tǒng)總線技術(shù)在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的應(yīng)用14-16
• 1.1.3. FPGA在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用16-18
• 1.2. 相關(guān)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1. 國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集板卡介紹18-19
• 1.2.2. 目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的問題19-20
• 1.3. 本文工作20-22
• 2. 基于CPCI總線標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案22-37
• 2.1. 引言22
• 2.2. 系統(tǒng)設(shè)計要求22-23
• 2.3. 系統(tǒng)技術(shù)指標23-24
• 2.4. 基于CPCI總線的接口實現(xiàn)方案24
• 2.5. 系統(tǒng)通用性設(shè)計方案24-36
• 2.5.1. 系統(tǒng)通用接口的設(shè)計框架25-27
• 2.5.2. 通用接口的硬件設(shè)計27-30
• 2.5.3. 通用性傳輸協(xié)議30-36
• 2.6. 本章小結(jié)36-37
• 3. 基于CPCI標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計37-57
• 3.1. 引言37
• 3.2. 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)37-41
• 3.2.1. 原理框圖37-39
• 3.2.2. 工業(yè)控制計算機39
• 3.2.3. 絕對值編碼器39-41
• 3.2.4. 系統(tǒng)創(chuàng)新點41
• 3.3. 采集控制主板的硬件設(shè)計41-48
• 3.3.1. FPGA模塊42-44
• 3.3.2. 電源模塊44-45
• 3.3.3. CPCI通信模塊45-47
• 3.3.4. 外設(shè)接口模塊47-48
• 3.4. SSI信號采集卡的硬件設(shè)計48-51
• 3.5. DAC數(shù)據(jù)處理卡的硬件設(shè)計51-53
• 3.6. 系統(tǒng)硬件的PCB設(shè)計53-56
• 3.7. 本章小結(jié)56-57
• 4. 基于FPGA開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計57-66
• 4.1. 引言57
• 4.2. 基于FPGA的軟件開發(fā)工具介紹57-58
• 4.3. FPGA模塊與橋接芯片通信邏輯實現(xiàn)58-60
• 4.4. SSI信號采集和預(yù)處理邏輯的實現(xiàn)60-62
• 4.5. 數(shù)模轉(zhuǎn)換控制邏輯的實現(xiàn)62-65
• 4.6. 本章小結(jié)65-66
• 5. 系統(tǒng)性能測試與分析66-86
• 5.1. 引言66
• 5.2. 系統(tǒng)測試方案66-67
• 5.3. 系統(tǒng)工作狀態(tài)測試67
• 5.4. 上位機和采集控制主板通信測試67-70
• 5.5. 通用性通信測試及結(jié)果分析70-80
• 5.5.1. 指令寫入測試70-73
• 5.5.2. 數(shù)據(jù)采集和反饋73-76
• 5.5.3. 多板卡同步工作測試76-80
• 5.6. 基于實際應(yīng)用場景的測試80-85
• 5.6.1. 基于電動缸的運動控制實驗平臺80-82
• 5.6.2. 實驗結(jié)果和性能分析82-85
• 5.7. 本章小結(jié)85-86
• 6. 總結(jié)與展望86-88
• 參考文獻88-93
• 附錄：作者碩士期間科研成果93

【參考文獻】

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本文編號：430294