面向高精度传感器的并行采样技术研究

摘要

随着科学技术的发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度和精度提出了越来越高的要求。在高精度传感器应用领域中，不但要求数据采集系统以高采样精度来达到纳米级的测量精度，同时还要有较高的采样率以增大输入带宽。因此设计一个好的快速高精度采集系统尤为重要。
　　本文对目前存在的A/D转换器进行了大量地调研，发现单片A/D转换器很难同时做到高速率和高精度采样，即速度与精度总是一对矛盾体，模数与数模转换器件很难在速度和精度上都很高。并行时间交替采样对于同时提高模数转换系统的性能和速度是一种十分可行的办法。
　　基于高精度传感器的需要，对高精度和高速数据采集系统的关键技术进行分析研究。本课题基于多片A/D的并行时间交替采样技术，提出了系统的实现方案，完成了系统的硬件和软件设计，并对其进行了实验研究。实验结果表明，该方案能极大地提高采集系统的性能。本文所做的具体研究工作如下：
　　首先，根据课题需要达到的指标，采用四片24位的A/D转换器并行时间交替采样的技术方案，达到用四片高精度、较低速的A/D转换器获取高精度、较高采样速率的目的。
　　其次，针对数据采集系统采到的大量数据需要及时进行各种各样的运算、处理的问题，选用TI公司的C6000系列的TMS320DM642。采用DSP器件的EDMA通道与多通道缓冲串行口McBSP相结合的方式构成的数据采集系统的软件，具有设计灵活，CPU执行效率高等优点。
　　再次，为了提高DSP的工作效率，使用CPLD来完成整个系统的逻辑控制，时序调整，提供整个系统的输入输出接口。实现系统与上位机间的USB总线通讯电路设计及固件编程。
　　最后，进行一系列的性能实验来验证系统指标。大量实验证明，本系统具有0.1mV的分辨力，7.8ksps的采样率。

目录

面向高精度传感器的并行采样技术研究

PARALLEL SAMPLING TECHNOLOGY RESEARCHFOR HIGH PRECISION SENSORS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 并行时间交替采样技术及总体方案设计

2.1 引言

2.2 并行时间交替采样技术原理

2.3 被测信号动态频响特性分析

2.4 总体方案设计

2.5 本章小结

第3章 高精度并行时间交替采样系统研制

3.1 引言

3.2 并行时间交替采样模块设计

3.3 DSP 信号处理与控制电路设计

3.4 McBSP 扩展并行时间交替采样接口设计

3.5 高速USB2.0 数据传输通信接口实现

3.6 本章小结

第4章 高精度并行时间交替采样系统软件设计

4.1 引言

4.2 并行时间交替采样系统程序设计

4.3 USB2.0 通信接口固件程序设计

4.4 上位机应用程序设计

4.5 本章小结

第5章 实验与数据分析

5.1 引言

5.2 采样模块偏置补偿

5.3 并行时间交替采样系统性能测试

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢