基于FPGA的激光粒度仪数据采集系统的研制

论文摘要

在现实生活中,很多原料和制品都是以颗粒的形态存在的,颗粒的粒度分布对产品的质量和性能起着重要的作用。激光粒度仪是目前在粒度测量领域中应用较为广泛的粒度测量仪器。相比传统的激光粒度仪而言,基于组合频谱技术的新型激光粒度仪有更宽的测量范围和更高的分辨率。基于组合频谱技术的激光粒度仪采用的光电探测器组件有93路模拟输出信号,为了实现对这些模拟信号的有效采集,本课题以FPGA芯片EP2C5Q208C7为核心,设计了具有112路采样通道的接口电路,并利用IP核PCI_t32实现了PCI总线方式的数据传输,为激光粒度测试数据的实时采集、显示和处理提供了可靠的保证。本论文的主要工作包括以下几个方面:1、设计了以FPGA芯片EP2C5Q208C7为核心的激光粒度仪数据采集系统的电路与PCB版图,并完成了数据采集卡的制作。2、利用IP核PCI_t32实现了计算机的PCI总线接口,并在FPGA内部设计了一系列时序控制逻辑,给出了系统所需的多路采集控制信号。3、编制了Windows XP系统下的PCI接口卡硬件驱动程序,并对激光粒度仪软件中的数据采集部分进行了相应的改造。4、利用嵌入式逻辑分析仪SignalTap II验证了系统工作的正确性,并在实验室原有的粒度测试平台上应用新研制的数据采集系统对标准物质进行了测量实验,实验结果验证了所研制系统的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 激光粒度测试技术概述
• 1.2 激光粒度仪的原理与结构
• 1.2.1 激光粒度仪的测量原理
• 1.2.2 激光粒度仪的基本构成
• 1.3 可编程逻辑器件
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 数据采集系统的硬件设计
• 2.1 系统总体设计方案
• 2.1.1 系统的技术指标及结构设计
• 2.1.2 PCI总线接口的设计
• 2.2 系统硬件电路
• 2.2.1 光电探测单元
• 2.2.2 电信号放大
• 2.2.3 多路选通
• 2.2.4 信号调理
• 2.2.5 模数转换
• 2.2.6 电源
• 2.2.7 FPGA及其配置电路
• 2.3 系统硬件电路PCB设计
• 2.3.1 电源分配方案
• 2.3.2 电源滤波
• 2.3.3 PCI信号线与FPGA的接口
• 第三章 FPGA内部逻辑设计
• 3.1 FPGA内部逻辑设计方案
• 3.2 FPGA各子模块设计
• t32 模块'>3.2.1 PCI_t32 模块
• 3.2.2 PLL与clk8 模块
• 3.2.3 FIFO模块
• control模块'>3.2.4 local_control模块
• reg模块'>3.2.5 CMD_reg模块
• control模块与MUX模块'>3.2.6 AD_control模块与MUX模块
• 3.3 资源使用报告及FPGA设计总结
• 3.3.1 资源使用报告
• 3.3.2 设计中需要注意的问题
• 第四章 激光粒度仪软件中数据采集部分的设计
• 4.1 WinDriver驱动程序开发
• 4.1.1 驱动程序开发步骤
• 4.1.2 WinDriver函数的调用流程
• 4.2 激光粒度仪软件包中数据采集部分的软件设计
• 4.2.1 中断响应函数
• 4.2.2 GetData函数的设计
• 第五章 系统调试及实验
• 5.1 系统调试
• 5.2 激光粒度测量的ISO13320 标准
• 5.3 对标准物质样品的测量试验
• 5.3.1 33 路激光粒度仪测量实验
• 5.3.2 93 路激光粒度仪测量实验
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢