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PCI-E数字化仪研制

作 者: 黄玮
导 师: 姜守达
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学及技术
关键词: 数字化仪 PCI-E总线 高速采集 数字信号处理
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 97次
引 用: 1次
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内容摘要


数字化仪是一种能够采集模拟信号,并对采集后的信号进行分析与处理的仪器,在各领域中有着广泛的应用。PCI Express总线是一种新型的低成本串行互连总线技术,它能提供高带宽和高可靠性的数据传输。目前市面上还没有PCI-E总线的数字化仪产品,因此研制PCI-E数字化仪具有重要的实际意义。本设计在硬件上利用PLX公司的PEX8311设计了PCI-E接口电路,选用高速数模转换芯片AD9430及DDRII动态RAM设计了高速采集与高速大容量数据缓存电路,设计了具有程控能力的模拟通道。为了提高了数字化仪的集成度和可靠性,利用单片FPGA作为板上控制核心实现了数据采集控制、多通道数据缓存管理以及与PCI-E接口的通讯,利用IP核设计了DDRII动态RAM控制器。用DDK开发了驱动程序,实现了计算机对数字化仪板卡控制和高效数据读取。以Visual studio.Net为平台,开发了具有FFT分析、功率谱分析、动态数据波形显示及文件存储能力的应用软件。采用多线程技术,实现了应用程序的快速响应和高效运行。实际测试及运行结果表明,本设计原理分析正确,研制的数字化仪具有4个独立并行的采集通道,最高采样率可达100MS/s,支持FFT、功率谱分析及波形显示等功能,工作稳定可靠,各项功能与指标基本满足设计要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题的目的和意义  8
  1.2 PCI-E总线技术简介  8-10
  1.3 数字化仪概述  10-11
  1.4 国内外研究现状  11-12
    1.4.1 国外研究现状  11-12
    1.4.2 国内研究现状  12
  1.5 主要研究内容  12
  1.6 文章结构  12-13
第2章 总体方案  13-22
  2.1 数字化仪功能与技术指标  13
    2.1.1 数字化仪总体功能  13
    2.1.2 数字化仪技术指标  13
  2.2 硬件总体方案  13-20
    2.2.1 PCI-E接口方案选择  14-16
    2.2.2 模拟输入通道方案  16-17
    2.2.3 缓存方案选择  17-19
    2.2.4 控制器方案选择  19-20
  2.3 软件设计方案  20-21
    2.3.1 驱动程序方案  20-21
    2.3.2 用户应用程序方案  21
  2.4 本章小节  21-22
第3章 硬件设计  22-47
  3.1 PCI-E总线接口设计  22-24
  3.2 模拟信号调理电路  24-26
    3.2.1 阻抗匹配  24
    3.2.2 程控放大电路  24-26
    3.2.3 单端变差分及滤波电路  26
  3.3 AD电路设计  26-28
  3.4 DDR2 存储器电路设计  28
  3.5 FPGA逻辑设计  28-46
    3.5.1 本地总线接口逻辑  29-35
    3.5.2 AD控制器  35-37
    3.5.3 DDR2 控制器  37-39
    3.5.4 数据读写管理器  39-46
  3.6 本章小节  46-47
第4章 软件设计  47-61
  4.1 驱动程序设计  47-51
    4.1.1 WDM驱动程序介绍  47-48
    4.1.2 驱动程序的功能实现  48-51
  4.2 应用软件设计  51-60
    4.2.1 需求分析  51
    4.2.2 详细设计  51-60
  4.3 本章小节  60-61
第5章 调试与测试  61-65
  5.1 调试方法  61-62
  5.2 测试  62-64
    5.2.1 测试方法  62
    5.2.2 测试结果及分析  62-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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