基于FPGA的数字电路故障诊断系统设计及关键技术研究

摘要

本文课题来源于国内航修工厂，针对需要频繁检修的种类繁多、功能复杂的数字电路而研制具有自诊断功能的高性能通用数字电路故障诊断系统。在实际工作中，被测电路一般有TTL系列、CMOS系统等器件组成，但往往还需要检测一些特殊的数字电路，其工作电压范围和工作电流较大。在测试过程中需要采用不同的频率对被测电路进行测试，这些电路的IO接口通常比较复杂，会达到几十甚至上百个。本课题所研制的数字电路故障诊断系统与传统测试系统相比具有更好的兼容性。
　　本课题主要完成了数字电路故障诊断系统的设计研制，该系统主要由工控计算机和数字通道模块构成。工控计算机是整个系统的控制中心，拥有建立测试任务、编辑测试向量、结果数据分析等功能。数字通道模块由控制电路，测试信号发送电路和响应信号接收电路构成。控制电路采用FPGA+SDRAM的方案，提高了数字通道模块的灵活性，存储深度和测试速度。测试信号发送电路可以输出电压范围为+9V~-6V的测试向量，可根据需要调节电压，分辨率达为0.1V，电流驱动能力达到100mA，接收电路实现对电压范围在+9V~-6V的信号的接收，可以对信号高电平、低电平和高阻三种状态的进行判断识别，解决了传统数字电路测试系统测试电压范围小，驱动能力小，兼容性差的问题。本文还对影响数字故障诊断系统的性能的关键技术进行了研究。为解决数字通道模块的故障状态不能即使反映和数据通信是否正常的不能判断的问题，本文提出了命令/应答式的通信协议，提高了数据交换的可靠性。本文采用整数分频和半整数分频结合的方式实现分数分频，向用户提供了最高可达50MHz的测试频率，且频率可调，解决了整数分频提供的测试频率种类少，精度不够的问题。本文还设计了数字通道模块的自检功能模块，实现了对控制电路，数据存储器和数字通道的自检。本文研制的数字电路故障诊断系统经实际调试和应用，可以实现对多种数字电路的故障诊断和性能测试，满足用户的需要。此外针对数字电路故障诊断系统中的数字通道模块检修和维护的需要，本文还设计了离线检测装置，在脱离计算机的情况下实现对数字通道模块的简单测试，方便后期的检修测试。

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缩略词

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外发展现状

1.3本文研究的主要内容及各章内容

第二章 数字电路故障诊断系统总体结构

2.1数字电路故障诊断系统设计指标

2.2系统结构及功能

2.3总线主板结构

2.4数字通道模块结构

2.5本章小节

第三章 数字电路故障诊断系统硬件设计

3.1 总线主板硬件结构

3.2 控制电路

3.3 信号调理电路

3.4 本章小节

第四章 数字电路故障诊断系统优化设计

4.1. 分频技术

4.2. 总线数据协议

4.3. 自检设计

4.4. 本章小结

第五章 数字通道模块离线检测装置设计

5.1. 离线检测装置结构

5.2. 离线检测装置硬件设计

5.3. 离线检测装置软件设计

5.4. 本章小结

第六章 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文