某多通道采编存储器的设计与实现

摘要

采编存储器主要用于飞行器各类模拟信号和数字量信号的采集存储，并在事后进行回收读数，从而获取飞行数据。本文针对某测试需求，设计了一种多通道采编存储器，可同时采集多路各类传感器信号及两路PCM流信号，配合相应的地面测试设备，完成对相关参数的监测和判读，确保飞行器起飞前工作状态正确。另外，采编存储器回收后，可读取已存储的数据，从而判断飞行过程是否正常。 本文的主要研究对象为采编存储器。结合任务需求，详细介绍了其工作原理及硬件组成，逻辑设计，可靠性设计等内容。设备以FPGA为主控制器，控制模拟开关、A/D转换器完成多路模拟信号的采集编码；通过RS422接口完成PCM数据和控制指令的接收及状态信息的发送；通过LVDS接口完成已存储数据的高速下传。重点从模拟量采集和LVDS数据传输等方面进行了研究和阐述。模拟量采集方面，针对总采样率较高且路采样率相差较大的问题设计了两片AD的解决方案，从提高采集精度和稳定性的角度出发对电路进行了优化，并对模拟链路信号建立时间进行了分析和估算，逻辑上采用延时编码的编码方式最大化信号的可用建立时间。LVDS数据传输方面，通过增加发送端驱动器和接收端均衡器延长数据的有效传输距离，采用CRC校验码和重传反馈机制进行检错和纠错提高数据传输的可靠性。 最后搭建测试平台对设备的功能和性能进行测试，测试结果表明，设备的各项功能和技术指标符合预期，设备工作稳定，满足任务要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及目的

1.2 国内外研究现状及发展

1.3 研究内容及论文安排

2 总体方案设计

2.1 技术要求

2.2 方案设计

2.2.1 功能需求分析

2.2.2 总体方案确定

2.2.3 通信协议设计

2.2.4 数据存储方式设计

2.2.5 工作模式设计

2.3 本章小结

3 硬件电路设计与分析

3.1 模拟量采集电路设计

3.1.1 信号调理电路设计

3.1.2 模拟开关选型

3.1.3 模数转换器及其驱动电路设计

3.1.4 模拟链路信号建立时间分析

3.2 数字量收发电路设计

3.2.1 指令及状态返回接口电路设计

3.2.2 PCM数据接口电路设计

3.3 LVDS接口电路设计

3.4 电源模块电路设计

4 FPGA内部逻辑设计及优化

4.1 FPGA内部逻辑总体设计

4.2 模拟数据编码优化设计

4.2.1 实时编码

4.2.2 延时编码

4.2.3 编码方式比较

4.3 LVDS数据高可靠性传输优化设计

4.3.1 纠错机制比较

4.3.2 常用检错算法比较

4.3.3 高可靠性传输优化设计

4.4 本章小结

5 设备性能测试与验证

5.2 模拟信号采集测试

5.2.2 模拟信号采集精度测试

5.3 LVDS数据长线传输测试

5.3.1 差错重传机制有效性测试

5.3.2长线传输误码率测试

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 设计工作总结

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢