基于USB的并行多通道频率测试仪的设计
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摘要
由于在电子测量中频率信号抗干扰能力强,测量精度高,因而测频仪在实际应用中越来越广泛。针对大型系统中多通道、并行、大范围、动态频率信号的测量,提出了基于USB的并行多通道频率测试仪的设计,该测试仪主要由下面几部分组成:含USB接口的CPU模块、核心计数模块、信号调理模块、键盘和显示模块、以及配套的软件等。
论文首先介绍了对频率测量方法的研究,随后介绍频率测试仪硬件设计的实现,并分章详细说明了CPU固件程序的开发,以及FPGA核心测量模块的设计,最后经过软硬件的联合调试验证了频率测试仪的可行性。
作者主要工作有如下几个方面:
1.结合经典频率测量方法——电子计数器测频法和电子计数器测周法的优点,给出了一种实现并行、多通道频率信号的测试方法——频率综合测量法。它具有测试范围宽、占用硬件中断资源少、通道容易扩充等优点,可满足过渡过程宽幅变化的频率信号的测试。
2.在综合测量方法的基础上,提出了基于USB总线技术的并行多通道频率测试仪的设计方案。此测试仪可实现程控和本地测试控制两种控制方式。具有很强的实用性。
3.本文进一步给出了基于USB总线技术的并行多通道频率测试仪的具体的硬件设计,包捂CPU板的硬件实现、键盘和显示模块电路原理、信号调理电路的设计等,使测试仪变的更加智能、小巧。
4.应用FPGA的设计,可缩短开发时间,提高集成度。设计中应用EDA技术,以Verilog HDL为设计语言,以FPGA为载体,应用频率综合测量方法原理,完成核心测量模块的设计,并给出仿真验证波形图,实现了大范围、动态频率信号的连续测量。
5.在Keil uVision2开发环境下利用C语言编写USB控制器的固件程序,控制硬件实现并完成了两种不同工作模式的设定,通过联合调试验证了测试仪可适应不同场合、不同频率范围下的测频。
Since frequency signal has advantages of strong anti-interference capability, high accuracy in electronic measurement, frequency tester is widely used. Due to large system with multi-channel, parallel, large-scale dynamic frequency signals measurement, it presents a design based on USB to parallel multi-channel frequency tester. The tester is mainly composed of several parts: CPU module with USB interface, counting module, signal conditioning modules, keyboard and display module, and its supporting software.
Firstly, the paper presents the method of researching frequency measurement; secondly, it introduces the frequency tester hardware circuit design, CPU firmware development in details by sub-chapter and FPGA core measurement module design, finally, debugging is induced through combining hardware with software and experiment indicates frequency tester design is correct.
The paper is mainly studying in serval aspects as followings:
1. Considering the working principle of classical frequency measurement and frequency test cycle method's merits, it introduces frequency measurement method which can achieve parallel, multi-channel signals measurement. It has great advantages of wide range measurement, less occupation of hardware interrupted resources, easy to expand channels. It can meet transition process of frequency signals broad width change in the testing process.
2. Based on the synthetic measurement methods, it presents a design based on USB parallel multi-channel frequency tester. The tester can realize programmable control instrument debugging and off-line control. The plant is strongly practical.
3. This paper further proposes the parallel, multi-channel frequency tester's specific hardware design based on USB bus technology, including the CPU board hardware, the keyboard and display module circuit theory, signal conditioning circuit design. It makes frequency tester more intelligent and small.
4. FPGA is used to shorten development time and improve integration. Using EDA technology, Verilog HDL as design language, FPGA as a carrier, frequency integrated application of principles of measurement methods; it realizes the core measuring module design and gives simulation waveform. It realizes larges range, dynamic frequency signal continuous measurement.
5. USB controller's firmware program adopts C language under Keil uVision2 development environment. Controller design achieves two different working mode's setting, it's tested in different working conditions and different working frequency. The result proves the method is very effective.
论文首先介绍了对频率测量方法的研究,随后介绍频率测试仪硬件设计的实现,并分章详细说明了CPU固件程序的开发,以及FPGA核心测量模块的设计,最后经过软硬件的联合调试验证了频率测试仪的可行性。
作者主要工作有如下几个方面:
1.结合经典频率测量方法——电子计数器测频法和电子计数器测周法的优点,给出了一种实现并行、多通道频率信号的测试方法——频率综合测量法。它具有测试范围宽、占用硬件中断资源少、通道容易扩充等优点,可满足过渡过程宽幅变化的频率信号的测试。
2.在综合测量方法的基础上,提出了基于USB总线技术的并行多通道频率测试仪的设计方案。此测试仪可实现程控和本地测试控制两种控制方式。具有很强的实用性。
3.本文进一步给出了基于USB总线技术的并行多通道频率测试仪的具体的硬件设计,包捂CPU板的硬件实现、键盘和显示模块电路原理、信号调理电路的设计等,使测试仪变的更加智能、小巧。
4.应用FPGA的设计,可缩短开发时间,提高集成度。设计中应用EDA技术,以Verilog HDL为设计语言,以FPGA为载体,应用频率综合测量方法原理,完成核心测量模块的设计,并给出仿真验证波形图,实现了大范围、动态频率信号的连续测量。
5.在Keil uVision2开发环境下利用C语言编写USB控制器的固件程序,控制硬件实现并完成了两种不同工作模式的设定,通过联合调试验证了测试仪可适应不同场合、不同频率范围下的测频。
Since frequency signal has advantages of strong anti-interference capability, high accuracy in electronic measurement, frequency tester is widely used. Due to large system with multi-channel, parallel, large-scale dynamic frequency signals measurement, it presents a design based on USB to parallel multi-channel frequency tester. The tester is mainly composed of several parts: CPU module with USB interface, counting module, signal conditioning modules, keyboard and display module, and its supporting software.
Firstly, the paper presents the method of researching frequency measurement; secondly, it introduces the frequency tester hardware circuit design, CPU firmware development in details by sub-chapter and FPGA core measurement module design, finally, debugging is induced through combining hardware with software and experiment indicates frequency tester design is correct.
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1. Considering the working principle of classical frequency measurement and frequency test cycle method's merits, it introduces frequency measurement method which can achieve parallel, multi-channel signals measurement. It has great advantages of wide range measurement, less occupation of hardware interrupted resources, easy to expand channels. It can meet transition process of frequency signals broad width change in the testing process.
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5. USB controller's firmware program adopts C language under Keil uVision2 development environment. Controller design achieves two different working mode's setting, it's tested in different working conditions and different working frequency. The result proves the method is very effective.
引文
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[11]刘皖,何道君,谭明,FPGA设计与应用,北京:清华大学出版社 2006.6
[12]钱锋,EZ-USB FX2单片机原理、编程及应用,北京:北京航空航天大学出版社,2006.3,23-25,250-252
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