基于fpga的自动测试平台

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1、基于FPGA的自动测试平台——模拟信号采集系统摘要：随着电子测试设备事业部的快速发展，不论是项目的数量，还是项目的复杂程度，都有较大的提高。但是由于缺少对项目的总体规划，对电路的模块化设计考虑不足，项目与项目之间的通用性较差，导致相同或类似的电路模块在不同的项目中，重复设计，重复加工和重复调试，在人员、工期、成本方面都造成浪费。为了改变目前现状，引入平台设计思想，开发一款基于FPGA技术的通用模拟采集系统。关键词：FPGA、Cortex-M3处理器、CAN总线、时分多路复用。1引言由金属导线、电气以及电子部件组成的导电回路，称为电路。电子测试（电路测试）是通过测量电路重要节点的电压和电

2、流，对电路的功能、性能和参数等方面进行分析，从而判断电路是否满足要求。因此，电子测试的关键是得到重要节点准确的电压和电流，所以，在电子测试系统中，模拟量检测是系统关键技术。随着数字电子技术的快速发展，数字电子技术已经在多种领域被广泛应用，与模拟电子技术相比数字信号的可靠性高，易于使用计算机进行分析、处理和存储。目前，电子测试系统中的模拟量检测都要转为数字量后，再由计算机进行分析、处理和存储。因此，模拟量转换为数字量的可靠性和准确性，直接影响到电子测试系统的可靠性和准确性。本文介绍一项基于FPGA通用模拟采集系统的设计。2概述模拟采集系统采用平台设计思想，系统由多个相同的模拟采集模块组成

3、。根据实际项目所需采集系统的大小，可以添加或删减模拟采集模块的数量。模拟采集模块中设计有物理地址配置接口，用于在同一测试系统中，区分硬件相同的采集模块。在搭建测试系统时，首先要设置采集模块的物理地址，并且地址不能重复。测试系统中的模拟采集模块，通过CAN总线与控制计算机相连。基于采集模块的测试系统拓扑结构，如图1所示：图1模拟采集系统拓扑结构图3主要功能与技术指标3.1模拟采集模块主要功能a、模拟采集模块物理地址可设置；b、具有自校准功能；c、具有自动档位切换和手动档位切换；d、具有信号分析能力；e、具有CAN总线接口；f、具有RS23调试接口；g、模拟采集模块状态显示功能；h、过温报

4、警；3.2模拟采集模块主要技术指标a、采集系统最多可连接模块数量：≥99个；b、模拟采集模块采集通道：≥20路；c、模拟通道输入范围：≥+36V；d、电压分辨率：≤1mV；e、电压采集精度：≤2mV（-1V≤输入电压范围≤1V）或≤0.2%；f、线性度优于：0.1%；g、单通道最快采样率：≥50k/s；h、模拟采集通道带宽：≥100KHz；i、数据缓存：≥32Mbit。j、模拟采集模块供电电源：+5VDC/2A和-5VDC/1A；k、模拟采集模块最大功率：≤15W。3.3环境指标a、工作环境温度：0～50℃；b、存储温度：-40～70℃；c、工作环境湿度：≤80％RH（环境温度为20℃

5、时）；d、存储环境湿度：≤95％RH（环境温度为20℃时）。4总体设计4.1结构设计模拟采集系统主要由采集模块、系统背板、标准插箱和电源模块组成。采集模块完成模拟采集、数据分析和通信等功能。系统背板用于连接模采集模块，并且将采集模块固定在标准插箱中。标准插箱用于保护采集模块，为系统提供结构支撑作用。电源模块为系统提供供电电源。系统结构示意图和插箱插接示意图，分别如图2和图3所示：图2系统结构示意图图3插箱插接示意图4.2采集模块硬件设计模拟采集模块主要分为八个单元组成分别是模拟前端调理电路单元、模数转换单元、逻辑控制单元、数据缓存单元、信号处理单元、自校准单元、通信接口单元和供电电源单

6、元，各单元主要的功能如下：模拟前端调理单元：用于对被测模拟信号进行调理；模数转换单元：用于模拟量信号转换为数字量信号，主要由：多路复用器、ADC驱动器、模数转换器和参考电压组成；逻辑控制单元：完成时序接口转换、模拟前端调理电路的控制、模数转换控制，信息显示、物理地址配置等控制功能，硬件主要有可编程逻辑阵列（FPGA）、显示器、拨码开关等组成；数据缓存单元：用于存储采集数据，起到数据缓存作用，主要由SRAM存储器组成；信号处理单元：用于采集数据分析，如：峰峰值、平均值、最大值、最小值等模拟信号特性，主要由处理器完成数据分析；自校准单元：用于模拟采集模块功能测试和指标自动校准；通信接口单元

7、：用于采集系统与控制计算机的数据通信；供电电源单元：为采集模块提供供电电源。采集模块组成图，如图3所示：图3采集模块组成图4.2.1模拟前端调理单元由于被测信号的电压范围较宽，模数转换单元电压的范围相对较窄，为了使采集模块可以采集宽电压信号，所以在采集模块的信号输入端，设计模拟前端调理单元。模拟前端调理单元主要由：接口保护器、衰减器、放大器和滤波器组成，对被测信号进行调理，将被测信号的电压调理到模数转换单元可以接受的范围。被测信号输入到模拟采集