电器试验参数高速信号拾取的研究

摘要

目前，低压电器正向大容量化、小型化和高性能化方向发展，同时对低压电器产品的性能和可靠性提出更高的要求。为了检测低压电器产品的性能，需要高精度的检测设备。在分析国内外研究现状后，我们研制了“开关电器试验参数高速采集与处理系统”，完成对电路功率因数、电源频率、焦耳积分(I2t)、燃弧时间以及触头两端电压等主要参数的高速采集和处理。 为实现电器试验数据高速采集，本系统在FPGA中设计实现PCI总线内核，实现PCI总线的高速通讯；进一步设计了适当的存储系统，充分利用了FIFO器件解决了A/D部分和PCI总线速度不同步问题，实现高速A/D和PCI总线稳定可靠地工作；选择了合适A/D芯片，实现电器试验数据转换。设计制作完成的电器试验数据高速采集卡，经测试符合设计要求，即：实现9个独立的检测输入，每通道采集频率均可达1MHz，数据采集系统数据准确，运行稳定可靠。由于试验现场的多干扰源，为了进一步提高系统的准确性，在FPGA中设计FIR数字滤波器，对采集的信号进行实时处理。同时还设计了Windows2000平台下基于WDM的驱动程序设计和电器试验参数算法的软件设计。 论文涵盖了高速PCI数据采集卡的硬件电路设计、FPGA技术、数字滤波技术，WDM驱动开发技术以及电器试验参数的算法设计。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪言

§1-1引言

§1-2高速数据采集技术基础

§1-3关于微机总线的发展

§1-4数据采集系统的数据传输与存储技术

§1-5系统简介和论文结构安排

1-5-1系统简介

1-5-2论文结构安排

第二章数据采集与数字信号处理理论

§2-1信号采样与量化

2-1-1采样

2-1-2量化

§2-2 FIR数字滤波器的FPGA实现

2-2-1 FIR的基本概念

2-2-2 FIR滤波器的优化

2-2-3分布式算法

2-2-4系统设计与实现

2-2-5设计结果

第三章PCI接口技术

§3-1 PCI规范简介

3-1-1 PCI总线系统结构

3-1-2 PCI信号定义

§3-2 PCI总线操作

3-2-1读操作

3-2-2写操作

3-2-3传输终止

§3-3 PCI总线的仲裁机制

§3-4 PCI总线的延迟

第四章基于PCI数据采集卡的硬件设计

§4-1硬件系统组成及工作原理

§4-2各电路单元功能

4-2-1多路开关电路MAX4614

4-2-2 A/D转换电路

4-2-3 FIFO单元电路

4-2-4 FPGA单元电路

4-2-5模拟信号条理电路部分

§4-3数据采集的同步控制

4-3-1主动触发方式

4-3-2被动触发方式

4-3-3自动触发方式

§4-4可编程逻辑器件(FPGA)设计

4-4-1 FPGA设计概述

4-4-2 FPGA开发软件和数据下载线介绍

4-4-3 FPGA实现数据采集控制与传送控制器

§4-5基于FPGA的PCI内核设计

4-5-1 PCI接口配置空间

4-5-2 PCI接口状态机

4-5-3奇偶校验位的产生

4-5-4命令解码及地址计数

4-5-5 DMA控制器的设计

4-5-6 PCI数据采集卡寄存器

4-5-7 FPGA设计中的难点讨论

第五章高速数据采集系统软件设计

§5-1基于PCI总线的驱动程序开发

5-1-1 WDM驱动程序概述

5-1-2 WDM开发工具简介

5-1-3 Drivers Studio工具包介绍

5-1-4识别总线上的PCI设备

5-1-5读写配置空间取得配置信息

5-1-6对硬件端口的访问

5-1-7驱动程序与应用程序的通信

§5-2电器试验参数高速数据采集系统软件设计

5-2-1总体设计思路

5-2-2试验参数简介

5-2-3电器试验参数计算方法

第六章系统调试和测试结果

第七章结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果