基于FPGA的腔衰蕩信號采集與處理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn).pdf

1、腔衰蕩光譜(Cavityringdownspectroscopy，CRDS)技術是一種不受光源起伏影響、可自定標、可絕對定量測量、新穎的吸收光譜檢測技術，已廣泛應用于痕量氣體濃度檢測等領域。而準確、快速采集與處理腔衰蕩信號是腔衰蕩光譜技術定量探測氣體濃度的基礎，因此，需要研制一種適用于腔衰蕩信號的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。FPGA(FieldProgrammableGateArray)是一種密度高、集成度高的可編程邏輯陣列，具有強大的在系統(tǒng)編

2、程和并行數(shù)據(jù)處理能力;USB2.0是一種高速、串行數(shù)據(jù)通信標準，具有造價低、數(shù)據(jù)傳輸速度快、支持熱插拔的性能?；诖?，本文設計了一種基于FPGA的腔衰蕩信號采集與處理系統(tǒng)。
　　系統(tǒng)以FPGA作為主控制器。首先系統(tǒng)通過FPGA內部的高速AD接口模塊，控制AD采集腔衰蕩信號并緩存至FPGA;通過數(shù)據(jù)累加平均處理模塊，對連續(xù)采集的多個腔衰蕩信號數(shù)據(jù)進行對應點累加平均處理;通過USB2.0接口模塊將處理后的有效腔衰蕩信號數(shù)據(jù)和用于判斷衰

3、蕩腔中有無氣體吸收的命令信息數(shù)據(jù)寫入USB2.0芯片。然后由上位機軟件通過數(shù)據(jù)接收線程實時監(jiān)測，接收經(jīng)USB2.0總線傳輸來的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行整合;通過接收到的命令信息判斷接收到的有效CRDS信號數(shù)據(jù)是在衰蕩腔中有氣體吸收還是無氣體吸收時獲得的，并分別保存數(shù)據(jù)，選擇合適的點擬合數(shù)據(jù)得到腔衰蕩時間。最終通過分別得到衰蕩腔中有無氣體吸收時的腔衰蕩時間推導出衰蕩腔中待測氣體的濃度。
　　論文首先介紹了腔衰蕩信號的基礎理論和實驗室搭建好的

4、腔衰蕩系統(tǒng)，并在此基礎上，給出了系統(tǒng)的總體設計方案;接著設計了系統(tǒng)的硬件電路，包括電源供電電路、FPGA外圍電路、模擬信號調理電路、高速AD接口電路以及USB2.0接口電路等;然后重點介紹了FPGA內部數(shù)字邏輯設計，在說明了FPGA設計方法和開發(fā)步驟的基礎上，采用VerilogHDL語言完成了FPGA主要程序模塊的設計和仿真;再接著給出了系統(tǒng)的軟件設計，主要介紹了實現(xiàn)USB2.0與上位機通信的固件程序、驅動程序以及上位機應用程序開發(fā)等;