幅频特性自动测试系统的设计与实现

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测试是人们了解和认识外界事物的主要手段。自从人们掌握后,很长的一段时间里测试过程完全是由人工操作来完成的。后来随着科技的发展和技术的进步,测量工具和设备也在发生着翻天覆地的变化,由原来单一的测试工具逐渐演变为多功能、高性能的仪器和设备。测试过程也跟着发生了变革,由原来的人工测试、半人工测试转变为自动测试、智能测试。测试应用范围涉及军事、交通、能源和环境等社会各个领域。基于此,本文设计并实现了带LAN接口的幅频特性自动测试系统,结合检测设备对被测对象进行幅频特性测试。本文首先就系统在实现过程中所使用的TCP/IP协议及可程控仪器标准命令(Standard Commands for Programmable Instruments,SCPI)命令作了简单的介绍,然后对系统的方案进行了选择,主要包括测试设备的主要芯片、接口板的接口类型及测试应用软件的开发工具等。系统的硬件主要从ARM外围电路、FPGA外围电路和内部模块电路、模拟信号处理电路、系统输入和显示模块及接口板硬件电路等几个方面进行设计的。设计之前,对模拟信号滤波电路做了仿真。仿真结果显示,滤波电路的选择满足设计要求。在硬件设计和焊接过程中,利用实验室的测试仪器逐步对电源、芯片管脚和模拟信号处理等电路进行了检测,结果表明硬件设计合理,电气连接正确。在对FPGA内部模块设计时,利用设计软件自带的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪对DDS模块进行了测试,并得出正确的测试结果。在硬件设计的基础上,对系统程序软件进行了设计和开发。在对ARM进行程序设计时,按照模块的功能逐步地实现了程序的编写,主要包括实现系统按键输入、LCD显示、与FPGA通信、中断处理数据等功能。对单片机的编程主要是逐步实现TCP/IP协议的嵌入、SCPI命令的解析和数据的发送等功能。测试设备和接口板的软件设计完成后,利用Labwindows/CVI对系统测试应用软件进行开发,实现了用户测试数据和命令发送等功能。最后,分别对测试设备和接口板进行了单元测试。结果显示测试设备产生的106Hz-9.2MHz正弦波,频率准确率小于0.1%;接口板也可以收到测试应用软件发送来的数据,并能正确的解析。然后,将测试设备和接口板连接进行综合测试,结果表明测试设备能按照解析的数据输出相应的信号。
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