基于FPGA的虛擬儀器卡的研究與實現(xiàn).pdf

1、在電子測量領域，由于新的測試方法和測試理論的提出，傳統(tǒng)的測試儀器能發(fā)揮的作用越來越小了。另外傳統(tǒng)測試儀器的更新?lián)Q代需要設計更加復雜的電路，開發(fā)的周期比較長，花費也比較大，給電子測量帶來了很大的不便。而使用“虛擬儀器”作為測試的設備則不需要更改底層的硬件電路，只需要在上位機上更改軟件就能設計出需要的虛擬測試儀器，大大縮短了開發(fā)時間。
　　 傳統(tǒng)的測試器件由于價格昂貴，很難滿足所有學生的使用，而學?；ù罅抠Y金購買的測試儀器，可能我們

2、只用到了其中很小一部分功能，而有些我們需要的功能要求又無法滿足，因此儀器的使用效率受到限制。另外在改善實驗條件的時候，又需要購買新的儀器，這樣又需要花費大量的人力和物力，這就制約了實驗室科研發(fā)展的步伐。虛擬儀器的出現(xiàn)完全改變了以上情況，現(xiàn)在國內已經有部分高校的實驗室引入了虛擬儀器系統(tǒng)。
　　 針對以上情況本課題設計了基于數(shù)據采集卡和虛擬儀器相結合的方法來實現(xiàn)對信號的采集與處理。本課題以FPGA(EP2C8Q208C8N)為主控芯

3、片，利用FPGA內部的邏輯資源在FPGA內部生成NIOS軟核處理器、一些數(shù)字組合電路和時序電路。由PC機通過USB接口向NIOS處理器發(fā)送控制命令數(shù)據，NIOS處理器接收到數(shù)據命令后發(fā)出控制指令來完成對外圍芯片的控制，實現(xiàn)了對模擬信號的采集和信號源的發(fā)生等功能。
　　 本系統(tǒng)的大致工作過程如下：外部輸入的模擬信號首先經過信號調理電路，將輸入的信號幅值調整到A/D芯片的采集范圍內，然后在NIOS處理器的控制下，將外部的模擬信號通過

4、A/D芯片轉換成數(shù)字量，轉換得到數(shù)字量首先鎖存在FPGA內部，然后在時鐘信號的控制下將鎖存得到的數(shù)據寫入外部SRAM中，SRAM被寫滿后，由NIOS處理器將SRAM中的數(shù)據讀取出來通過USB管理芯片CH376將數(shù)據上傳到PC機，在PC機上利用LABVIEW來實現(xiàn)數(shù)據的處理。
　　 除了實現(xiàn)數(shù)據采集的功能，本系統(tǒng)還具有信號源輸出的功能，能夠輸出頻率可調的信號，輸出信號的類型有正弦波、三角波和方波。上位機和底層的通信是通過LABVI