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多参数数据采集装置的设计与实现

作　者: 叶勇
导　师: 翟成瑞; 沈三民
学　校: 中北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 数据采集模拟信号 CAN Flash 电磁干扰
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

动态测试技术能够随着被测设备的运行过程，实时地测试被测设备参数。本文所设计的基于动态测试技术的多参数数据采集装置，实现了48路模拟量、2路CAN数字量及自身配电参数的采集存储功能，共记录了从飞行器硬启动至点火之间约140s的飞行器内部的环境参数和飞行状态参数。为飞行器的研制提供了有力的数据支持。根据产品任务书的设计功能、设计指标的要求，结合作者所在的中北大学微米纳米技术中心多年积累的成熟动态测试技术，制定了多参数数据采集装置的总体设计方案。该方案采用模块化的思想，将系统分为模拟信号采集模块、CAN数据接收模块、实时监测和存储模块及系统供电模块等四个模块。模拟信号采集模块主要实现48路模拟信号采集，包括36路速变信号（采样率为20.48KHz）和12路缓变信号（采样率为640Hz），同时接收配电参数；CAN数据接收模块完成2路波特率都为500Kbps的CAN数字量的接收；实时监测和存储模块实现了在线监测和采集数据存储功能；系统供电模块为设备提供电源电压。本文的第五章节通过对可靠性的分析，提出了抗电磁干扰、抗冲击的解决措施，这些措施包括PCB布局布线的注意事项、长线传输使用屏蔽线及产品的灌封处理等。文章最后给出了系统的试验测试结果，试验数据表明本课题所设计的多参数数据采集装置达到任务书的各项功能、性能指标要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题背景和研究目的、意义  9
  1.2 国内外采集测试系统现状及发展趋势  9-14
    1.2.1 国外研究现状  10-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
    1.2.3 发展趋势  13-14
  1.3 主要研究内容和结构安排  14-15
2 总体方案设计  15-19
  2.1 遥测数据采集系统的简述  15-16
  2.2 设计参数  16
  2.3 多参数数据采集装置的总体设计方案  16-18
  2.4 关键技术说明  18
  2.5 本章小结  18-19
3 数据采集模块设计  19-43
  3.1 模拟量采集电路设计  19-28
    3.1.1 信号调理电路设计  20-21
    3.1.2 多通道信号的切换设计  21-22
    3.1.3 AD 模块设计  22-25
    3.1.4 采编单元 FPGA 逻辑控制  25-28
  3.2 配电参数接收电路设计  28-31
    3.2.1 接口电路设计  28-29
    3.2.2 软件消抖及解码  29-31
  3.3 CAN 数据接收电路的设计  31-42
    3.3.1 CAN 总线概述、  31-33
    3.3.2 C8051F040 单片机简介  33-35
    3.3.3 CAN 通信的硬件设计  35-36
    3.3.4 CAN 总线的终端阻抗匹配计算  36-38
    3.3.5 CAN 总线数据帧格式  38
    3.3.6 CAN 通信的软件实现  38-42
  3.4 本章小结  42-43
4 实时监测与存储逻辑模块的设计  43-56
  4.1 实时监测单元设计  43-48
    4.1.1 模拟量实时显示数据处理  44-46
    4.1.2 实时监测 FIFO 的逻辑设计  46-48
  4.2 存储逻辑单元设计  48-54
    4.2.1 数据存储的相关计算与存储设备的选择  48
    4.2.2 存储用缓存 FIFO 操作方案设计  48-51
    4.2.3 Flash 存储逻辑设计  51-54
  4.3 系统供电电路设计  54-55
  4.4 本章小结  55-56
5 系统可靠性分析与测试  56-62
  5.1 电磁干扰分析  56-58
    5.1.1 电路板走线间的干扰及防护  56-57
    5.1.2 长线传输的干扰及防护  57-58
  5.2 冲击的防护  58
  5.3 软指令的抗扰设置  58-59
  5.4 系统测试  59-61
  5.5 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-63
参考文献  63-66
附录  66-69
致谢  69-70
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  70

多参数数据采集装置的设计与实现

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