电流/频率转换电路综合测试系统研究

摘要

为了能够快速准确的测量惯性导航系统中惯性组件加速度计的重要组成单元电流/频率转换电路（I/F转换电路）的性能参数，本文设计了一套I/F转换电路测试系统。采用以FPGA芯片为核心，由程控恒流源对被测系统提供恒值电流信号、正弦电流信号以及瞬态阶跃电流信号，通过设计的频率测量电路对其输出的频率信号进行精确的测量，实现了对I/F转换电路静态、动态、暂态三种响应特性的分析。
　　论文首先介绍了惯导组件测试技术以及国内外研究现状，其次阐述了研究目的意义以及测试系统设计方案，对多种设计方案的优缺点进行了论述和比较，最后确定了以FPGA为核心，在QuartusⅡ硬件开发平台上使用Verilog描述语言设计的方案。FPGA控制程控恒流源输出电流信号并控制采集频率信号，通过串口上传至上位机应用程序进行显示和保存。
　　I/F转换电路测试系统由硬件电路设计和软件设计两部分构成。选用Altera公司生产的CycloneⅡ系列的型号为EP2C8Q208C8N的FPGA芯片作为下位机硬件电路设计的主控制器。程控恒流源模块由D/A转换芯片TLC5615与集成运放OPA2604构成，为测试系统提供电流信号。信号隔离电路采用光耦4N25和74LS04反相器进行隔离整形，使被测电路输出的脉冲信号转换成标准的TTL信号。串口采用MAX3232电平转换芯片完成RS232串行接口电路设计。软件设计采用QuartusⅡ软件做为开发平台，使用硬件逻辑编程语言Verilog设计控制恒流源模块，实现输出静态电流信号、正弦电流信号以及瞬态阶跃电流信号的功能，通过设计脉冲测量模块对被测电路输出的脉冲信号进行精确测量，通过RS232串口模块将下位机测量的结果上传至上位机应用程序实时显示并保存打印。上位机应用程序界面是基于Visual C++6.0开发环境下的MFC对话框的编程设计，作用是可以向下位机发送开始和结束测试的指令，并能够显示和保存下位机发送的测量结果，实现对I/F转换电路特性测试的功能。
　　最后对整个测试系统进行了软硬件联合调试，并分析了测量结果。实验结果表明，本系统能够有效的测试电流/频率转换电路的静态、动态、暂态三种特性，而且系统能够长期稳定的运行，大大缩短研发时间，提高了测试系统的稳定性和精度，具有一定实用价值。

目录

摘要

1 绪论

1．1 惯性导航系统概述

1．2 测试技术概述

1．3 被测电路简介

1．4 国内外研究现状

1．5 课题研究目的及意义

1．6 论文主要研究内容

1．7 论文结构安排

2 系统方案设计

2．1 系统设计要求

2．2 系统设计方案

2．2．1 系统硬件设计方案

2．2．2 软件设计方案

2．3 本章小结

3 系统硬件设计

3．1 系统总体结构设计

3．2 FPGA硬件平台概述

3．2．1 FPGA原理及结构

3．2．2 FPGA开发流程

3．2．3 FPGA开发工具及仿真

3．3 FPGA最小系统设计

3．3．1 FPGA芯片

3．3．2 FPGA电源电路

3．3．3 时钟电路设计

3．3．4 复位电路设计

3．3．5 FPGA配置电路设计

3．4 恒流源电路设计

3．4．1 D／A转换电路设计

3．4．2 恒流电路设计

3．5 信号隔离电路设计

3．6 串口通信模块设计

3．7 系统PCB板的设计

3．7．1 PCB设计流程

3．7．2 PCB设计需考虑的因素

3．8 本章小结

4 系统软件设计

4．1 下位机应用程序设计

4．1．1 静态特性测试模块设计

4．1．2 动态特性测试模块设计

4．1．3 暂态特性测试模块设计

4．2 上位机应用程序设计

4．3 本章小结

5 系统调试及结果分析

5．1 系统硬件调试

5．2 系统软件调试

5．3 测试结果分析

5．3．1 静态特性测试结果分析

5．3．2 动态特性测试结果分析

5．3．3 暂态特性测试结果分析

5．4 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 结论

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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