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Dissertation for the Master Degree in Engineering
DEVELOPMENT OF PARALLEL DATA ACQUISITION MODULE
Candidate: Wang Weiqing
Supervisor: Prof. Fu Ping
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Instrument Science and Technology
Affiliation: Department of Automatic Test and Control
Date of Defence: June , 2015
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘 要
经过几十年的发展,并行数据处理技术与人工智能等前沿科技产生了十分紧密的联系,已经成为计算机与测试测量领域的重要研究内容,作为并行数据处理的基础技术,并行数据采集在震动、压力测试,医用、医疗仪器,电能质量测试等方面获得了广泛应用,并朝着高分辨率和高采样速率的方向持续发展。为得到一种通用的并行数据采集实验平台,本文在研究理解相关知识的基础上设计了一款并行数据采集模块,全文的主要工作内容如下:
针对并行数据采集系统的各项技术指标,对系统功能进行了详尽的需求分析,制定了总体设计方案。采用中端 FPGA 处理器作为核心控制器,以多通道高分辨率的 Delta-Sigma A/D 转换器作为数据采集芯片,采用 DDR II 存储颗粒作为数据缓存器件,采用 CY7C68013 作为 USB 接口芯片,对各接口电路和时钟电路、复位电路等辅助电路进行了设计和说明,完成了硬件平台的制作。在硬件电路研制中,采用了基于 Cadence 软件的设计流程,利用 FSP 插件对 FPGA 器件进行了引脚分配优化,绘制了易于修改的原理图和 PCB 板图,得到了光绘文件,提高了系统的可重用性,最终完成了制板和硬件调试。
在硬件逻辑研制过程中,采用了基于 IP 核的片上系统设计方法,充分利用了 Quartus 软件平台的各项功能,在深入理解各器件功能和时序特征的基础上设计了自定义的数据采样和数据通信 IP 核,配置了 DDR II 存储器 IP 核,增大了模块功能的灵活性。随后搭建了基于 Qsys 和 NIOS 处理器软核的片上系统, 并对系统的逻辑功能进行了仿真验证。在软件设计中,说明了片上系统的软件设计过程,并利用 VISA 函数库设计了符合 VPP 规范的驱动程序,给出了驱动函数树和主要函数的功能说明,之后利用 LabWindows/CVI 软件开发平台设计了上位机应用程序。
本文在最后针对模块搭建了测试平台,进行了功能测试和分析。测试结果表明,并行数据采集模块的功能和各项技术指标符合设计要求。
关键词:并行数据采集;USB 总线;片上系统;DDR II;电路设计
Abstract
After decades of development, the parallel data processing technology and artificial intelligence and other cutting-edge technology have got a very close contact, it has e an important research content in the field puter and test measurement. As the basic technology of parallel data processing, parallel data acquisition is widely used in vibration, pressure testing, medical instruments, power quality testing and so on, and the direction of high resolution and high sampling rate is developing continuously. In order to obtain a general experimental platform for parallel data acquisition, this paper designs a parallel data acquisition module based on the