usb高速虚拟仪器的开发平台研究

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1、国内图书分类号：TM93学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文USB高速虚拟仪器的开发平台研究硕士研究生：黄辉导师：刘思久教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TM93U.D.C.:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDEVELOPMENTPLATFORMFORUSBHIGH-SPEEDVIRTUALINSTRUM

2、ENTCandidate：HuangHuiSupervisor：Prof.LiuSijiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要鉴于USB特有的高速通信、总

3、线供电、即插即用和多节点分布的显著优点，其接口已经成为虚拟仪器系统中主机与测试设备之间通信的主要方式。然而，自动测试所需的信号处理并非总能通过传统的数据采集和通信总线送到上位机完成，因为很多动态信号所含的高频信息成分对通信的实时性要求过高。为此本文提出了两种通用的USB虚拟仪器核心控制器，指出其利用DDS-相关分析电路和FPGA实现被测信号在硬件电路条件下高速处理的工作原理，并重点阐述了它们的开发方法。DDS-相关分析电路根据相关分析原理，通过DDS频率合成器产生正弦扫频信号作为被测系统激励，将响应信号分别与正弦、余弦信号通过模拟乘法器

4、进行相关分析处理，并采集模拟乘法器输出的直流分量，即可计算出被测系统的频率特性；FPGA具有高速的数字逻辑电路功能，通过在其内部构建一个通用的状态机控制体系，可为高速的仪器应用（如A/D、D/A）功能提供有力支持，并且FPGA丰富的IP核库使仪器开发者能够将更多高级功能（如DSP）在FPGA内部实现。上述两种核心控制器都以USB方式接收主机的控制命令，因而建立在同一个虚拟仪器基础平台之上。虚拟仪器基础平台一方面以USB方式将主机的命令发送到控制器，另一方面将控制器的状态与测试数据发送给主机，从而建立起一套完整的高速测控平台系统。为了系统

5、指出所述USB核心控制器的平台作用，本文以一个4通道同步高速数据采集器的开发过程为例，表明采用这种核心控制器确实能够有效提高虚拟仪器的开发效率和工作水平。关键词：虚拟仪器；FPGA；USB；高速数据采集器-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInviewofUSB’suniqueandsignificantadvantagesofhigh-speed,bus-powered,plug-and-play,multi-nodedistributionfeatures,ithasbecomeaprincipalchoiceofc

6、ommunicationbetweenthehostandthetestequipmentinvirtualinstrumentsystem.However,signalprocessingrequiredinautomatictestcan’talwaysbeachievedthroughconventionaldataacquisitionanddatatransmissiontoPC,becausethereal-timecommunicationrequirementswhichhigh-frequencyelementcont

7、ainedinmostdynamicsignaldemandsaretoohigh.Inthispaper,twouniversalcorecontrollerofforUSBvirtualinstrumentareputforwardtosolvetheseproblems.Thispaperpointsouttheprincipleofprocessingthemeasuredsignalwithhigh-speedhardwareofDDS-Correlation-AnalysiscircuitandFPGA,andelabora

8、testheirdevelopmentmethods.Inaccordancewiththeprincipleofcorrelationanalysis,DDS-correlation-analysisci