基于FPGA的等精度波特表系统设计

论文摘要

在连铸生产过程中，结晶器液位控制精度是连铸生产的一个重要工艺指标，直接影响最终产品的质量。目前结晶器钢水液面检测系统常用的方式有：同位素射源法、涡流法、电磁法，同位素射源法是目前广为使用的方法之一，方坯、圆坯、矩形坯、异形坯都可以采用，同位素射源法采用同位素射线源，利用闪烁晶体接收装置将钢水液面高度的变化转化为电脉冲，通过对脉冲频率的测量（波特表），从而检测出液面高度。因此测频系统的设计显得极其重要，它直接关系到对于钢水液位实时控制的准确性。传统的测频方法中，基于单片机测频系统只能满足简单的频率测量和显示功能。本文设计的而基于FPGA和嵌入式系统的等精度测频系统利用FPGA、SOPC和嵌入式系统相结合，不仅能够将结果数据保存起来以供查询，在测量速度上和精度上也大为提高。本文介绍了结晶器液位测量系统（波特表）的三层结构，讨论了测频系统的硬件和软件设计，针对整个系统结构中所需要完成的功能要求和参数要求，讨论了基于FPGA等精度测频的优势，并对各种测频方法进行比较分析，设计了基于FPGA的测频算法，在等精度测频的基础上利用滑动平均法实现测频系统的硬件设计，保证了系统的精度和实时性。利用嵌入式系统完成了数据的保存、传输和友好的人机界面设计。在论文的最后，对于测频系统的测试结果进行验证，符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 本课题主要研究的内容和章节安排
• 1.2.1 本课题的主要研究内容
• 1.2.2 本论文的章节安排
• 第二章 频率测量的相关理论
• 2.1 测频技术的发展背景和现状
• 2.2 频率测量中常用的参数
• 2.2.1 频率测量量程
• 2.2.2 频率测量精度
• 2.2.3 频率测量反应时间
• 2.3 基于 FPGA 设计测频系统的优势
• 2.3.1 逻辑电路设计优势
• 2.3.2 EDA 仿真优势
• 2.3.3 软核优势
• 2.4 基于 FPGA 测频方法介绍
• 2.4.1 直接测频法
• 2.4.2 周期测频法
• 2.4.3 等精度测频法
• 第三章 钢水液面测量控制系统的总体设计
• 3.1 钢水液面测量控制系统的总体结构
• 3.2 系统控制原理
• 3.3 钢水液面测量控制系统的组成
• 3.3.1 管理层
• 3.3.2 控制层
• 3.3.3 信号采集层
• 第四章 基于 FPGA 等精度测频系统的硬件设计
• 4.1 设计工具 QUARTUS II 简介
• 4.2 设计语言 VERILOG HDL 简介
• 4.3 测频系统硬件结构
• 4.4 外部输入部分电路
• 4.4.1 外部输入部分电路功能
• 4.4.2 外部输入部分电路模块组成
• 4.5 计数逻辑部分电路
• 4.5.1 计数逻辑部分电路功能
• 4.5.2 计数逻辑部分电路模块组成
• 4.6 输出控制部分电路
• 20MA 输出电路设计'>4.6.1 4²0MA 输出电路设计
• 4.6.2 串口设备电路
• 4.6.3 开关量控制电路
• 第五章 基于 FPGA 等精度测频系统的软件设计
• 5.1 软件设计工具 NIOS II 简介
• 5.1.1 NIOS II 概述
• 5.1.2 NIOS II IDE 简介
• 5.2 软件功能模块
• 5.2.1 初始化程序
• 5.2.2 主程序
• 5.2.3 串口通信程序
• 第六章 嵌入式软件设计
• 6.1 WIN CE 嵌入式操作系统简介
• 6.2 VISUAL STUDIO2005 嵌入式软件开发工具简介
• 6.3 ARM2440 简介
• 6.4 基于 ARM 板的软件设计
• 6.4.1 主界面程序设计
• 6.4.2 参数设置界面程序设计
• 6.4.3 查询界面程序设计
• 第七章 测频系统以及人机交互界面的实现和仿真分析
• 7.1 测频系统和人机交互界面的实现
• 7.2 测频系统测量误差分析和模块功能仿真
• 7.2.1 预闸门模块功能仿真
• 7.2.2 标准时钟产生和计数模块功能仿真
• 结束语
• 附录
• 附录一 VERILOG HDL 部分代码清单
• 附录二 NIOS CPU 软核部分软件代码清单
• 附录三 ARM 部分软件代码清单
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要