基于FPGA的反射差分光譜儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA),自問(wèn)世以來(lái)受到了廣大用戶的青睞,基于硬件描述語(yǔ)言(HDL)的設(shè)計(jì)方式使得FPGA在高速、高密度的高端數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域極具優(yōu)勢(shì)。在市場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具巨大需求的推動(dòng)下,基于軟核處理器的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式(如Altera公司的NiosII軟核處理器)一經(jīng)推出就被迅速地接受和推廣。針對(duì)控制、通訊和數(shù)據(jù)處理等混合的復(fù)雜應(yīng)用需求,采用軟核嵌入式FPGA,

2、配合自主開(kāi)發(fā)的基于HDL的功能模塊,是高效、快捷、靈活的解決方案。
　　本文對(duì)自主研發(fā)的反射差分光譜儀進(jìn)行了電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),以改進(jìn)儀器性能、提高儀器的環(huán)境適應(yīng)能力,全文進(jìn)行了以下主要研究工作:
　　1.介紹了反射差分光譜儀的工作原理,分析了原有控制系統(tǒng)的不足,提出了以FPGA為核心的設(shè)計(jì)方案;
　　2.基于Verilog硬件描述語(yǔ)言完成了FPGA與角度編碼器之間的同步串行通信和角度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,以及儀器中探測(cè)器和角

3、度編碼器的同步控制;
　　3.基于NiosII軟核處理器系統(tǒng)和ISP1362型USB接口芯片,在FPGA上完成了USB主從模式的固件程序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了FPGA與計(jì)算機(jī)、探測(cè)器的USB通信,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了FPGA對(duì)探測(cè)器的控制和光譜數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)傳輸。
　　4.結(jié)合了硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)法和嵌入式軟核設(shè)計(jì)法,綜合實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器和角度編碼器的同步控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能,實(shí)驗(yàn)測(cè)試表面,系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確,同步性能和采集速度均滿足