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【6h】

基于USB接口的惯导组件参数数据采集技术研究

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目录

文摘

英文文摘

1 绪 论

1.1 惯性导航概述

1.2 惯性导航组件介绍

1.2.1 陀螺仪

1.2.2 加速度计

1.3 惯性导航组件的测试

1.4 课题背景及研究目标

1.5 论文结构安排

2 USB总线接口技术

2.1 USB的总体介绍

2.2 USB的数据通信

2.2.1 设备端点

2.2.2 数据传输管道

2.2.3 帧与微帧

2.3 传输类型

2.4 事务

2.5 设备请求

2.6 标准USB描述符

2.7 设备的总线枚举

2.8 本章小结

3 系统设计要求及方案

3.1 惯导组件主要技术指标

3.2 被测产品简介

3.3 系统功能要求及测试方法

3.3.1 启动时间测试

3.3.2 脉冲信号滤波

3.3.3 正负脉冲选择

3.3.4 惯导组件信号采集

3.4 系统设计方案

3.4.1 系统整体设计综述

3.4.2 系统硬件设计方案

3.4.3 系统软件设计方案

3.5 本章小结

4 系统硬件设计

4.1 FPGA逻辑功能设计

4.1.1 FLEX 10K系列器件特性

4.1.2 各逻辑功能的实现

4.1.3 FLEX10K器件的配置

4.2 USB微控制器电路设计

4.2.1 EZ-USB FX2LP器件特性

4.2.2 EZ-USB 128脚封装的微控制器架构

4.2.3 EZ-USB FX2LP端点缓冲区

4.2.4 三种接口模式

4.2.5 接口电路的设计

4.2.6 EZ-USB FX2LP的配置电路

4.3 本章小结

5 USB微控制器固件设计

5.1 固件介绍

5.2 FX2LP芯片固件设计

5.2.1 固件框架

5.2.2 初始化及设备请求处理

5.2.3 中断响应处理

5.2.4 GPIF接口固件设计

5.2.5 FX2LP设备描述符

5.3 固件程序的下载

5.4 本章小结

6 应用程序设计及系统测试

6.1 USB设备驱动程序

6.2 应用程序对USB设备的访问

6.2.1 获取设备句柄

6.2.2 设备I/O控制

6.3 应用程序的设计

6.4 系统测试及结果分析

6.4.1 系统硬件连接

6.4.2 测试结果分析

6.5 本章小结

7 结 论

7.1 总结

7.2 结论

7.3 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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摘要

本文设计了一种数据测量记录系统,由USB微控制器和FPGA搭建的数据采集板完成对惯性导航产品输出信号的采集,利用USB接口与上位机进行数据传输。
   论文首先介绍了USB的发展及其特点,详细阐述了通信协议和传输类型。从理论上分析了基于USB数据采集系统的可行性。接着对被测惯导产品做了说明,然后根据数据测量记录系统的设计要求给出了整体设计方案。
   该系统的设计分为硬件电路设计和软件部分设计。硬件部分主要是完成各功能模块的设计和数据传输通路接口的设计。使用了Altera公司FLEX10K系列的FPGA和Cypress公司的EZ-USB FX2LP微控制芯片搭建起硬件平台。在FPGA内部分别实现了正负脉冲选择,启动时间测量,惯导组件脉冲信号数字滤波等功能模块。详细剖析了FX2LP芯片FIFO的结构和GPIF接口的设计方法。软件方面主要有FX2LP固件程序设计和上位机应用程序设计。固件程序实现了对自定义请求的响应和处理、数据缓存以及接口控制。上位机应用程序使用VC++6.0编写,可以对下位机发送控制命令,配合下位机USB传输数据包的大小完成实时数据接收、存储与计算。并根据用户需要,合理设置可操作的用户界面。
   最后,进行了数据测量记录系统的测试,并分析了测量精度。实验结果表明,本系统可以同时对两套惯导组件进行测试,提高了工作效率;实现了对脉冲极性的选择;根据不同的输入脉冲信号频率可有选择地滤除特定干扰信号;系统各功能达到了设计要求,并可稳定运行。

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