光幕立靶目标信号采集及存储研究

摘要

在轻武器的制造过程中，经常需要在靶场做实弹射击的实验来检验武器弹丸的性能。光幕立靶是一套测量武器弹丸飞行速度和着靶坐标的设备，由于设备一般在炮口或者弹丸炸点安放，实验人员不方便近距离观测弹丸穿过光幕时所产生的模拟信号，所以无法获取反映弹丸性能的数据。针对以上问题，本论文研究了一套光幕立靶目标信号采集与存储系统，实现了对目标模拟信号的采集与实时存储。
　　随着半导体工艺的提高，FPGA的处理速度、ADC的采集速度与精度以及存储介质的存储空间都有极大的提升。基于此，本课题设计了面向光幕立靶的以FPGA为核心控制芯片的数据采集与存储系统，实现了对目标信号的采集，并将采样数据存储到SD卡当中。本文首先依据高速采样芯片AD9228的模拟信号输入参数设计了A/D采集模拟信号处理电路以及ADC外围接口电路，然后根据SD卡的工作模式完成了FPGA与SD卡之间电路设计，搭建了系统总体的硬件电路平台;通过FPGA控制ADC，完成了数据的采集工作，对采集到的数据使用FPGA建立了异步FIFO作为其缓存空间，最终通过SPI总线通信模式实现了FIFO中的缓存数据存入SD卡的功能，并且对存储到SD卡中的数据使用FAT32文件系统有效地解决了数据的管理问题;在最后设计了模拟与数字滤波电路，达到消除干扰信号的目的。
　　本文对系统设计的硬件部分进行了测试，并对软件的各个模块的进行了功能仿真，测试结果说明本设计达到预期要求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 论文的目的和意义

1．2 数据采集与存储系统的国内外研究现状

1．3 论文研究内容及章节安排

1．3．1 课题研究任务

1．3．2 论文的主要研究内容

1．3．3 论文章节安排

2 光幕立靶数据采集模块设计

2．1 数据采集概述

2．1．1 采样定理

2．1．2 量化过程

2．2 A／D转换电路设计

2．2．1 采样频率分析

2．2．2 ADC选型

2．2．3 ADC前端模拟信号处理电路

2．2．4 AD9228芯片外围电路

2．3 本章小结

3 光幕立靶数据存储模块设计

3．1 数据缓存模块设计

3．1．1 微控制芯片对比

3．1．2 FPGA选型与芯片参数

3．1．3 FPGA设计流程和开发工具

3．1．4 FPGA的配置和电源电路

3．1．5 FIFO缓存器的设计

3．2 数据存储模块设计

3．2．1 常用存储器介绍及选型

3．2．2 SD卡的内部结构与工作模式

3．2．3 SD卡的存储电路及SPI模式初始化

3．2．4 SD卡的FAT文件系统简介

3．2．5 FAT32文件系统的实现

3．2．6 读卡电路

3．3 本章小结

4 干扰信号的滤波处理

4．1 滤波基本介绍

4．2 模拟滤波器的设计

4．2．1 带通滤波器原理介绍

4．2．2 滤波器的参数计算

4．2．3 二阶带通滤波电路

4．3 数字滤波器的设计

4．3．1 数字滤波器基本介绍

4．3．2 FIR数字滤波器的原理介绍

4．3．3 FIR数字滤波器的设计

4．4 本章小结

5 系统测试与实验数据分析

5．1 PCB板的设计

5．1．1 PCB板的布线原则

5．2．2 硬件电路板说明

5．2 模拟信号处理电路及A／D测试

5．2．1 模拟信号衰减电路测试

5．2．2 单端信号转差分信号测试

5．2．3 模拟滤波电路测试

5．2．4 FGPA的JTAG接口测试

5．2．5 A／D采样误差分析

5．3 系统的数字滤波及存储分析

5．3．1 FIR数字滤波器的幅频相频特性及RTL结构

5．3．2 SD卡存储测试

5．4 本章小结

6 总结

参考文献

致谢

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