【摘要】：在電力電子工業(yè)生產(chǎn)過程中,我們時常需要實時監(jiān)測、分析和記錄產(chǎn)品的頻率、轉(zhuǎn)速、溫度、電壓等物理量的變化,這樣有助于保障產(chǎn)品的質(zhì)量安全。傳統(tǒng)的儀器儀表無法滿足多種物理量信號的采集與處理、波形的顯示與分析和長時間的記錄等需求。本課題所研制的示波記錄儀是一款可支持多種物理量信號波形測量、分析和記錄的綜合電子測量設(shè)備,能有效滿足上述需求。其中,可插拔模塊是示波記錄儀實現(xiàn)多種物理量信號采集和處理主要核心部分之一。本文主要研究的是設(shè)計可插拔模塊來實現(xiàn)高分辨率頻率和與頻率相關(guān)多個物理量的采集與處理,以及多個通道的寬范圍溫度或小電壓信號的采集與處理。主要研究內(nèi)容如下:1、從示波記錄儀整體方案出發(fā),根據(jù)指標需求選擇相應(yīng)的測量方法來設(shè)計高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊。結(jié)合時延法和直接測周法,采用TDC+FPGA方案來設(shè)計高分辨率頻率模塊�；跓犭娕紲囟葴y量法來設(shè)計多通道溫度電壓模塊。2、高分辨率頻率模塊設(shè)計。設(shè)計模擬通道電路將被測信號轉(zhuǎn)換為方波信號。采用TDC+FPGA方案設(shè)計高分辨率測量模塊,通過該模塊實現(xiàn)了高分辨率的頻率測量(≤625ps)。高分辨率測量模塊測量得到的基本參數(shù)經(jīng)多物理量運算模塊運算后,可得到與頻率相關(guān)多個物理量,實現(xiàn)與頻率相關(guān)多個物理量的測量。3、多通道溫度電壓模塊設(shè)計。設(shè)計16通道溫度電壓掃描模塊結(jié)合FPGA控制來進行輪詢采樣,從而實現(xiàn)16個通道溫度或電壓測量。16通道溫度電壓掃描模塊不僅支持8種類型熱電偶,還具備熱電偶斷線檢測和冷端溫度測量功能。設(shè)計模擬通道電路把熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換成的熱電動勢或小電壓信號調(diào)理為合適電壓后再進入ADC采樣。根據(jù)電壓溫度轉(zhuǎn)換算法把電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)溫度值,實現(xiàn)寬范圍的溫度測量(-200℃~1800℃)。最終,測試與驗證結(jié)果表明,高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊都滿足設(shè)計需求。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM935
【圖文】：

圖 3-12 DAC 寫操作時序圖單次寫入的串行數(shù)據(jù)共 24 位，分別是 7 位地址字節(jié)和 1 位讀寫操作、8 位控制命令字節(jié)、8 位數(shù)據(jù)高字節(jié)和 8 位數(shù)據(jù)低字節(jié)。當 SDA 數(shù)據(jù)高低電平變換而 SCL時鐘處于高電平時，設(shè)定為寫操作，開始進行數(shù)據(jù)寫入到設(shè)定的 I2C 地址。在第 9個脈沖期間，將 SDA 置低，作為應(yīng)答位 ACK。先將數(shù)據(jù)寫入 DAC 控制寄存器，用來設(shè)置 DAC 的掉電、增益、復(fù)位等功能，設(shè)定增益 Gain 為 2 倍。配置完 DAC后，將數(shù)據(jù)寫入到 DAC 寄存器，完成寫操作后，會更新 DAC 的輸出值。在 SCL是低電平時，SDA 線進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在 SCL 高電平期間保持穩(wěn)定。寫數(shù)據(jù)完畢后，在第 9 個時鐘期間將 SDA 置低，在第 10 個時鐘期間將 SDA 置高，從而停止 SDA數(shù)據(jù)傳輸。3.2.2 模擬通道控制模塊輸入信號經(jīng)過了模擬信號調(diào)理通道衰減、放大和濾波后進入了比較電路，輸出為方波信號。模擬通道由 FPGA 控制。最后，方波信號經(jīng)過數(shù)字隔離傳輸至高分辨

圖 5-2 高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊圖文設(shè)計的高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊頻率模塊前端的模擬通道電路和后端數(shù)字處理電輸入一個測試信號然后通過萬用表檢測后端電路，溫度電壓模塊由 16 通道溫度電壓掃描模塊和后級測模塊上前后端電路能否收到信號來判斷電路連連通后，開始進行模塊的驗證與調(diào)試。道控制驗證的硬件電路調(diào)試時，把模塊與個人計算機 PC 通ilinxVivado 軟件來發(fā)出控制命令，對模擬通道電路塊和多通道溫度電壓模塊的模擬通道電路都是需，所以先進行 FPGA 通道控制模塊驗證。

圖 5-2 高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊圖上圖就是本文設(shè)計的高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊。首先，我們需要檢測高分辨率頻率模塊前端的模擬通道電路和后端數(shù)字處理電路是否連通，通過 BNC 轉(zhuǎn)接頭輸入一個測試信號然后通過萬用表檢測后端電路，收到信號即可保證連通。多通道溫度電壓模塊由 16 通道溫度電壓掃描模塊和后級電路組成，輸入測試信號通過檢測模塊上前后端電路能否收到信號來判斷電路連通。在保證了前后端電路能正常連通后，開始進行模塊的驗證與調(diào)試。5.2.1 FPGA 通道控制驗證在進行模塊的硬件電路調(diào)試時，把模塊與個人計算機 PC 通過串口連接起來，在 PC 上通過 XilinxVivado 軟件來發(fā)出控制命令，對模擬通道電路進行控制。由于高分辨率頻率模塊和多通道溫度電壓模塊的模擬通道電路都是需要 FPGA 發(fā)出控制指令才能工作，所以先進行 FPGA 通道控制模塊驗證。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2777771