%ba于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究

河北工业大学硕士学位论文基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究姓名：杨纪伟申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：刘教民20061101河北工业大学硕士学位论文i基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究摘要人们通过测试可以取得研究对象的有关信息，能够正确地了解被测物理对象的量值或特性。测试技术在工业生产中的主要作用之一是提供设备在运转中或其他情况下的有关信息，以便监督生产过程，使之保持在最佳工作状态运行，或将生产过程的各种数据信号测出，经处理后，分析其工作状态是否正常，如不正常，则可判断出故障位置、性质和量值，以决定是否继续生产或进行维修。试验技术的计算机化是目前测试技术的一个研究热点，虚拟仪器、自动测试和自动分析将成为电机测试技术的主流。电机参数测试系统的研究，以目前使用最为广泛的一般用途鼠笼式中小型三相异步电动机为对象，研究其参数无载测试的理论与方法，借助于人工智能技术、数字信号处理技术以及高速接口技术，研制开发出具有电机参数测试与智能分析的测试虚拟仪器，降低试验的时间与费用，实现对可疑电机的安检。论文概述了PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线数据采集的系统组成，详述了总线的发展，PCI总线技术，可编程逻辑器件FPGA(FieldProgrammableGateArray)的设计，并介绍了整个系统的硬件部分及软件部分，包括PCI总线及接口设计、对电机参数的高速采集、WDM(Win32DriverModel)驱动程序的编写等，并做了总结。课题为河北省自然科学基金资助项目，项目编号：F2006000101。关键词：虚拟仪器，PCI总线，数据采集，FPGA，WDM基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究iiTHERESEARCHOFDATAACQUISITIONINTHEMEASURINGREACTANCEPARAMETERSYSTEMBASEDONPCIBUSABSTRACTPeoplecouldacquiretheinformationofresearchobjectandfindoutmagnitudeorcharactersofphysicalobjectbytestingtechnology.Oneofthemajorfunctionsinindustrialproductionwasthattestingtechnologyaffordrelatedinformationwhenapparatuswasworkingoronotherconditions,peoplecouldmakeitworkontheoptimalconditionssoastocontrolindustrialproductionprocess;itdetectedeverykindofdatasignalsinproductionprocessing,peopleanalysistheworkingconditionsafterdisposal,asifitwasabnormality,thenestimatefaultlocation,characterandmagnitude,andthendecidewhethercontinuetoproductorrepair.Atpresent,computerizationofexperimentaltechniqueisahotspotintestingtechnology.Virtualdevice,automatictestingandautomatedanalysisshallbecomethemasterstreaminelectricmachinerytestingtechnique.Withthehelpofartificialintelligenttechnology,digitalsignalprocessingandhighspeedinterfacetechnology,theresearchofelectricmachineryparametertestingbasedonsquirrelcagetypemicromidithreephaseasynchronousmotor,itresearchestheparameterofnoloadtestingtheoreticsandmethods,developsthevirtualdevicewithelectricmachineryparametertestingandaptitudeanalytictesting,itdepressestentativehourandcost,andachievesthedetailedexaminationtoquestionableelectricmachinery.ThisdissertationsummarizedthesystemcompositionofPCI(PeripheralComponentInterconnect)busdataacquisition,dilatedthedevelopmentofbus,PCIbustechnologies,thedesignofprogrammablelogicdevice,andintroducedhardwareandsoftwarepartofentiresystem,itconsistedofPCIbusandinterfacedesign,highspeedacquisitionofelectricmachineparameter,thecompileofWDM(Win32DriverModel)driver,anditsummedupthearticle.ThisworkwassupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiprovince.No.F2006000101.KEYWORDS:virtualdevice,PCIbus,dataacquisition,FPGA,WDM河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1选题背景及意义异步电机是一种重要的机电产品，它广泛地应用于从工农业生产到人们日常生活的各个领域和部门。在机械、钢铁、矿山、冶金、化工、石油、纺织、造纸、水泥、船舶、铁道等行业中，发达国家的绝大部分生产机械都采用电动机作为原动机，而异步电机的用电量在其中又占有最重要的地位[1]。据统计，在我国电网的总负荷中，异步电机约占60%以上，同时，电机制造是我国的传统行业，按照94年的统计数字：全国中小型电机生产厂有上千家，其中有一定规模的企业有300多家，职工人数30万人以上，产值达77.46亿元。大部分的中小型异步电动机采用散嵌绕组和铸铝的鼠笼转子。虽然使用条件和技术要求千差万别，但质量却是其共同的要求。异步电机特别是中小型鼠笼式三相异步电动机的性能、质量具有非常重要的社会和经济意义[2]。异步电机的测试技术，即关于其电气与机械性能测试，对于其产品质量具有重要意义，因而多年来一直受到电机界的重视。国内外的专家学者们也一直没有中断过这一领域的研究。国际电机会议是国际电机界最重要的学术会议之一，从1974年至今的历次会议中，关于鼠笼式三相异步电动机的参数测试的论文经常可以见到，多种相关学术会议及各种IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)出版物中也经常可以见到相关文献。异步电动机起动频繁，工作繁重，环境恶劣，因而故障的发生不可避免。如何及时、准确地在线检测出电机故障，是运行部门十分关心的一个重要问题。传统的定期检查和维修具有一定的盲目性，据有关资料统计，有效性只占10%左右。利用电机发生故障时所出现的电的和机械的特征分量监视电机的运行，可以保证安全生产，降低维修成本。我国的机械工业在今后相当长的一段时期内的发展，主要不是靠建设大量新厂，而是靠改进生产技术、改革设备状况、加强和改善经济管理、提高劳动生产率来实现扩大再生产。在企业内部每一部分的变革都离不开测试技术。系统对电机的检测、新产品开发及提高产品可靠性，具有十分重要的意义。可广泛应用于电机检测站、电器研究实验室、电机生产厂家单位对电机进行科学的检测，具有良好的经济效益和社会效益。§1-2微机总线的发展总线是数据、地址及控制信号线的集合，是计算机各模块间进行信息传输的通道，允许设备通过它进行通信。一些总线很宽，允许许多数据和控制同步传输，另一些则只不过是一根导线而已，允许设备串行地传输数据和控制。总线在计算机内起传递信息的作用，存在着一个毎秒内传送的数据位数(简称带宽)的问题。随着计算机的不断发展，总线也在不断改进。正因为如此，很多业内人士已倾向于把总线也看成是计算机内功能独立的模块，并成立了相应的研究机构。这些机构的研究结果证明计算机信息传输的速度不仅仅取决于CPU并行处理的能力，在很大程度上还取决于信息在总线上的传输速度。下面是几种比较有代表性的总线。(1)ISA总线ISA（IndustryStandardArchitecture即工业标准体系结构总线）是20世纪80年代早期IBM为PC/AT基于PCI总线数据采集卡的电机参数测试系统的研究2规定的总线，它支持8位和16位的设备，由于它起源较早，ISA不但速度不快，而且结构复杂。总线时钟频率为8.33MHz。因为即使16位传输都至少要消耗两个时钟周期，最大传输速率只有8MB/s左右。(2)EISA总线EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture即扩展工业标准结构总线）是对原始ISA总线体系结构的工业标准的扩展，EISA的尝试是为了去除ISA的限制，而不会对遗留的ISA卡产生不适应的兼容问题，它是为32位中央处理器（386、486、586等）设计的总线扩展工业标准。当然，这一兼容性要求必然在许多方面限制了结构。例如，虽然数据总线宽度扩大到32位，而时钟频率保持在8MHz，最大传输速率只有32MB/s。此外，因为EISA槽必须承认ISA卡，这就不可能修复由ISA线路布置而产生的电气噪声问题。(3)MCA总线MCA（MicroChannelArchitecture即微通道总线结构）是IBM公司专为其PS/2系统（使用各种Intel处理器芯片的个人计算机系统）开发的总线结构。该总线的总线宽度是32位，最高总线频率位10MHz。虽然MCA总线的速度比ISA和EISA快，但是IBM对MCA总线执行的是使用许可证制度，因此，MCA总线没有像ISA，EISA总线一样得到有效推广。(4)PCI总线PCI(PeripheralComponentInterconnect即连接外部设备的计算机内部总线)是美国SIG（SpecialInterestGroupofAssociationforComputerMachinery即美国计算机协会专业集团）推出的新一代64位总线。快速网络、全动图像（full-motionvideo）及24位像素显示都要求非常高的传输速度。PCI总线就是为了满足此类高要求硬件的一种尝试。虽然PCI的最初设计由Intel完成，但是PCI相对独立于处理器。PCI已被用于Alpha（DEC）和PowerPC（Motorola）系统。PCI结构能够以132MB/s速度进行持续的32位传输，而对于64位传输则能够达到上述速度的2倍。根据586系列主板的技术标准，主板应该淘汰传统的EISA总线，而使用PCI总线结构，但由于很多用户还在使用ISA总线或EISA总线接口卡，所以大多数586系列主板仍保留了EISA总线。(5)USB总线USB（UniversalSerialBus即通用串行总线）是在1994年，由Intel，Compaq，Digital，IBM，Microsoft，NEC，Northern，Telecom等世界著名的计算机和通讯公司花了两年的时间形成了统一的意见，形成了USB规范，1