PROFIBUS DP总线分析器的高速采集模块的设计

摘要

目前，PROFIBUS DP现场总线技术广泛的应用于工业自动化系统中，是一种主流现场总线技术之一，在实际应用中，为了快速发现故障与隐患，并及时将故障排除，PROFIBUS DP现场总线分析工具应运而生。PROFIBUS DP现场总线分析工具可以应用在安装、调试和运行各个阶段，保障系统正常运行。优良的现场总线分析工具及其良好的服务支持体系能极大地保证 PROFIBUS DP现场总线的应用。现场总线分析工具基本功能要采集现场总线上的数据信息，通过采集到的数据信息来监测现场总线运行状态，判断PROFIBUS DP现场总线系统是否正常运行。
　　本文通过对PROFIBUS DP现场总线分析工具的国内外发展状况研究，结合工程技术应用和现场实际需求，开发一款利用高速ADC做现场总线信号采集、FPGA做主控制器的PROFIBUS DP现场总线分析器的高速采集模块。
　　在课题研究中，首先对现场总线分析工具的应用模式进行研究，根据应用模式和功能需求定义，给出了PROFIBUS DP现场总线分析器的总体设计方案；并将PROFIBUS DP现场总线分析器的高速采集模块的硬件电路分为USB数据传输、FPGA数据处理数字系统、PROFIBUS DP现场总线物理层通信和系统电源四大部分进行详细设计，结合信号完整性相关问题，实现了可靠的电路板；然后针对高速采集模块，采用FPGA设计流程和开发工具，设计了AD控制器、SDRAM控制器、USB控制器；最后将设计电路板在搭建的实验平台上进行联合调试，验证了高速采集模块设计的可行性，实现了所需的功能。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的目的意义

1.4 论文主要研究内容及结构安排

第2章 PROFIBUS DP总线分析器总体设计

2.1 PROFIBUS DP物理层规范

2.2 PROFIBUS DP总线分析器应用模式

2.3 PROFIBUS DP总线分析器总体设计

2.4 本章小结

第3章 高速采集系统硬件设计

3.1 硬件总体设计

3.2 USB数据传输通信模块原理设计

3.3 FPGA数字处理模块原理设计

3.4 PROFIBUS DP总线物理层模块原理设计

3.5 系统电源电路原理设计

3.6 本章小结

第4章 信号完整性与PCB设计

4.1 信号完整性问题

4.2 PCB设计

4.3 本章小结

第5章 高速采集系统的控制器设计

5.1 FPGA设计流程

5.2 FPGA开发工具

5.3 AD控制器设计

5.4 SDRAM控制器设计

5.5 USB控制器设计

5.6 本章小结

第6章 实验测试平台与系统调试

6.1 实验测试平台

6.2 USB通信程序设计

6.3 系统联调测试

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢