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1、可控量程智能数字传感器设计中北大学高鹏分类号：TM935 单位代码：10110学 号：S20070483中 北 大 学硕 士 学 位 论 文可控量程智能数字传感器设计硕士研究生 高 鹏指导教师 郭 涛学科专业 微电子学与固体电子学2010 年 5 月 20 日图书分类号 TM935 密级 非 密UDC 注 1 620硕 士 学 位 论 文可控量程智能数字传感器设计指导教师（姓名、职称）申请学位级别专业名称高 鹏郭 涛（副教授）工学硕士微电子学与固体电子学论文提交日期 2010 年 4 月 17 日论文答辩日期 2010 年 5 月 25 日学位授予日期 20102 年 66 月 242 日论文
2、评阅人 吕玉祥 教 授 丑修建 副教授答辩委员会主席 薛 晨 阳 教 授2010 年 5 月 20 日原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 本 人 在 指 导 教 师 的 指 导 下 ，独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文不 包 含 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。 对 本 文 的 研 究作 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 声 明 的法律责任由本
3、人承担。论文作者签名： 日期：关于学位论文使用权的说明本 人 完 全 了 解 中 北 大 学 有 关 保 管 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 其 中 包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件； 学 校 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 它 复 制 手 段 复 制 并 保 存 学 位 论 文 ； 学 校 可 允 许 学 位 论 文 被 查 阅 或 借 阅 ； 学 校 可 以 学 术 交 流 为 目 的 ， 复制 赠 送 和 交 换 学 位 论 文 ； 学 校 可 以 公 布 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容（ 保 密 学 位 论 文 在 解
4、密 后 遵 守 此 规 定 ）。签 名： 日期：导师签名： 日期：中 北 大 学 学 位 论 文可控量程智能数字传感器设计摘要导 弹 试 验 过 程 中 导 弹 飞 行 速 度 高 ,在 飞 行 过 程 中 要 承 受 很 大 的 冲 击 与 过 载 。 在 这 些 外力的作用下,弹体不可避免的会出现弹性振动现象。为测试弹体弹性振动对弹体结构的影 响 ， 通 常 采 用 振 动 传 感 器 来 获 取 振 动 信 号 ， 以 此 来 分 析 弹 体 振 动 是 否 在 合 理 范 围 内 。但 是 传 统 的 振 动 传 感 器 测 试 量 程 单 一 ， 当 出 现 冲 击 或 振 动 过
5、载 时 ， 振 动 传 感 器 很 难 获 取准 确 的 结 果 ， 针 对 这 一 问 题 本 文 提 出 了 基 于 自 动 量 程 切 换 控 制 理 论 的 可 控 量 程 智 能 数 字传 感 器 的 设 计 ， 该 仪 器 能 够 根 据 振 动 信 号 的 幅 值 自 动 选 择 最 佳 的 测 试 量 程 ， 使 振 动 信 号始 终 保 持 高 灵 敏 度 输 出 ， 拓 宽 了 动 态 测 试 范 围 。根据测试要求，本文首先提出了系统的总体设 计 方 案 ， 重 点 讨 论 系 统 硬 件 电 路 和 中心 控 制 逻 辑 软 件 设 计 实 现 ， 采 用 模 块 化
6、设 计 方 法 ， 对 硬 件 电 路 进 行 了 设 计 ， 硬 件 电 路 主要 由 输 入 通 道 、 主 控 电 路 和 计 算 机 通 信 及 处 理 电 路 组 成 ， 输 入 通 道 由 信 号 调 理 电 路 、 多路 选 择 开 关 和 A/D 控 制 器 构 成 。 同 时 ， 采 用 USB 串 行 接 口 技 术 ， 实 现 了 系 统 与 上 位 机 之间 的 数 据 传 输 。 系 统 中 心 控 制 逻 辑 采 用 自 顶 向 下 的 设 计 方 法 ， 结 合 智 能 控 制 技 术 实 现 了系 统 控 制 逻 辑 的 设 计 。 系 统 控 制 逻 辑 程
7、序 由 四 个 单 元 构 成 ， 分 别 是 A/D 控 制 、 自 动 量 程切 换 控 制 、 FIFO 控 制 和 USB 控 制 单 元 ， 其 中 最 核 心 的 部 分 是 自 动 量 程 切 换 控 制 单 元 ， 该单 元 实 现 了 对 采 样 数 据 的 比 较 运 算 ， 同 时 控 制 测 试 量 程 的 自 动 切 换 。文中对系统设计和实现过程中所遇到的关键问题进行了阐述。对自动量程切换技术进 行 了 详 细 的 说 明 。 综 合 FPGA 和 USB 接 口 技 术 ， 系 统 完 成 了 振 动 信 号 的 采 集 、 比 较 运算 ， 测 试 量 程 的
8、智 能 控 制 和 高 速 数 据 传 输 功 能 。 最 后 ， 对 系 统 进 行 了 连 调 ， 对 于 在 调 试过 程 中 所 出 现 的 技 术 问 题 做 了 深 入 的 探 究 。 从 测 试 结 果 来 看 ， 系 统 工 作 稳 定 ， 实 现 了 两个 测 试 量 程 之 间 的 自 动 切 换 。关 键 字 ： FPGA， 自 动 量 程 切 换 ， USB中 北 大 学 学 位 论 文Controllable range of intelligent digital sensorAbstractMissiles are high speed during the mi
9、ssile flight tests, the Missiles will bear a great impactand overload in the course of flight. Under the influence of these external forces, the projectileinevitably occur elastic vibration phenomena. Vibration sensors are usually used to obtain thevibration signal in order to test the missile body
10、elastic vibration on the missile body structure.So we can analyze the vibration of the projectile whether it is within reasonable limits. But thetraditional vibration sensor of test range is single, when there is overload shocks or vibration,the vibration sensor is difficult to obtain accurate resul
11、ts. To solve this problem,In this paper,the process of missile tests suffered vibration impact of the proposed automatic rangeswitching control theory based on the controllable range of design intelligent digital sensor.The instrument can capture the signal amplitude according to automatically selec
12、t the best testrange , the vibration signal will always maintain high sensitivity output and Broaden thescope of the dynamic test.According to design requirements, this paper presents the general design plan, and basedon the design, focusing on how to achieve hardware and software design . Hardware
13、circuitdesign uses a modular design, hardware circuit is mainly composition of the input channeland the main control circuits and computer communications and processing circuit. The inputchannel is made up of the signal conditioning circuit and multi-selector switch and the A / Dcontroller. Meanwhil
14、e, the USB serial interface technology is used for the data transmissionbetween system and the host computer. It is used for the top-down approach and combinedwith the intelligent control technology to achieve system control logic design. System controllogic program has four modules, namely, A / D c
15、ontrol,automatic range switching control,FIFO control and USB control unit, which is the core part of the automatic range switchingcontrol unit, the unit realized the comparison of the sampled data operation, and controltesting range automatically.In the article, the key issues which are encountered
16、 in the system design and中 北 大 学 学 位 论 文implementation process is described. Automatic range switching technology is a detaileddescription. It is integrated FPGA and the USB interface technology to complete the vibrationsignal acquisition, Comparison operations, intelligent control and high-speed data transfercapabilities. Finally, In the system debugging process into techni
