【正文】 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）基于FPGA的光電數(shù)據(jù)采集和處理采集系統(tǒng)設(shè)計學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書不保密囗 。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級 ： 指導(dǎo)教師： 工作單位 ：設(shè)計（論文）題目：基于FPGA的光電數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：，較全面的了解光電轉(zhuǎn)換機理以及信號數(shù)據(jù)的處理 ，并完成對光信號的實時檢測 要求完成的主要任務(wù)：查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻不少于3篇，完成開題報告。完成基于FPGA的光電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建與調(diào)試通過實驗驗證該系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠完成不少于5000漢字的英文文獻翻譯；完成不少于12000字的論文。 必讀參考資料：[1] 張洪潤，張亞凡. FPGA/CPLD應(yīng)用設(shè)計200例. 北京航空航天大學(xué)出版社.[2] 何賓. EDA原理及Verilog實現(xiàn). 清華大學(xué)出版社. 指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： 院長簽名（章） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）畢業(yè)設(shè)計的目的是研究基于FPGA的光電數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，主要是分析光電轉(zhuǎn)換機理以及信號數(shù)據(jù)的處理，然后根據(jù)可編程邏輯器件的編程技巧設(shè)計一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并完成對關(guān)心好的實時監(jiān)測 。還要調(diào)查其目前的應(yīng)用領(lǐng)域，及其在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。光電轉(zhuǎn)換過程的原理是光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。這一過程有兩種解決途徑，最常見的一種是使用以硅為主要材料的固體裝置，另一種則是使用光敏染料分子來捕獲光子的能量。染料分子吸收光子能量后將使半導(dǎo)體中的帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴分離。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機、智能儀器與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，具體地說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換為FPGA能識別的數(shù)字信號，然后送入FPGA或相應(yīng)的信號處理系統(tǒng)，根據(jù)不同需要進行相應(yīng)的計算和處理，得出所需要的數(shù)據(jù)。與此同時，將FPGA得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被控制生產(chǎn)過程中的FPGA控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個部分組成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、分析和顯示等。數(shù)據(jù)采集幾乎無孔不入，它已滲透到了地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達(dá)、通訊、遙感遙測等各個領(lǐng)域，為我們更好的獲取信息提供了良好的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集器的研制在國外已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且數(shù)據(jù)采集器的種類也不斷增多，性能越來越好，功能越來越強大。比如美國FLUKE公司的262XA系列數(shù)據(jù)采集器是一種小型、便攜、操作簡單、使用靈活的數(shù)據(jù)采集器，他可以單獨使用，也可以和計算機連接使用。它具有多種測量功能，多種數(shù)據(jù)存儲方式和多種控制方式。262XA共有21路模擬輸入通道，它可以直接測量電壓、電流、溫度、頻率和電阻等，8路數(shù)字輸入/輸出可以用于數(shù)字信號的處理，另外4路可以用于報警輸入。當(dāng)某個模擬通道的輸入信號超過設(shè)定報警限，在對應(yīng)的I/O口就輸出一個低電平，每個模擬通道可以設(shè)置兩個報警限。262XA系列有兩種掃描速度：4通道/秒（慢），17通道/秒（快）。，也可以使用916V直流供電。就直流電源還可以同時使用，斷電時可以自動切換至直流。RS232接口為標(biāo)準(zhǔn)配置，可以用于向計算機傳輸數(shù)據(jù)和控制。采集的數(shù)據(jù)可隨時通過接口打印，也可將數(shù)據(jù)用RS232接口傳至計算機。記錄的數(shù)據(jù)包括：通道號、測量值、時間、報警狀態(tài)、累加計數(shù)等。數(shù)據(jù)格式與LOTUS、Excel相兼容。 在國內(nèi)，由于數(shù)據(jù)采集技術(shù)不斷發(fā)展，市場上出現(xiàn)了各種新型的數(shù)據(jù)采集器。北京測振儀器廠研制的HZ9609數(shù)據(jù)采集/震動分析儀，它采用中文顯示，直觀醒目，操作簡單； 因此國外的數(shù)據(jù)采集技術(shù)比較發(fā)達(dá)，但是成本高，國內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度不夠，一般只有2%，為此需要設(shè)計一個精度高成本低的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；緝?nèi)容和技術(shù)方案論文題目：基于FPGA的光電數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)設(shè)計論文主要內(nèi)容：通過調(diào)研查閱相關(guān)資料研究光電轉(zhuǎn)換和FPGA的應(yīng)用，以及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用情況，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景，設(shè)計出比較實用的光電數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。技術(shù)方案：首先是要收集查閱與光纖傳感器，AD,DA,LD,FPGA等相關(guān)的一些資料，熟悉并掌握在自己的設(shè)計中所要用到的光纖傳感器的使用方法，懂得AD，DA，LD等器件的使用，在了解芯片的一些特性之后，使用I2C器件使硬件電路更加的簡單，設(shè)計好硬件電路，然后采用基于FPGA的可編程邏輯門陣列的verilog語言來實現(xiàn)芯片的驅(qū)動。用Verilog語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，就要針對性的學(xué)習(xí)和掌握verilog編程語言在數(shù)字電路中的應(yīng)用，首先多看些書，弄懂它的核心思想，然后多看一些實際例子，相信這樣更有助于一種新語言的學(xué)習(xí)，在這之中我們需要了解現(xiàn)場可編程門陣列的基本知識和應(yīng)用情況。學(xué)習(xí)好之后就開始編寫程序，在編程之后利用quartus進行仿真模擬，得出正確的仿真圖后，將程序下載到FPGA上，連接好外圍電路進行調(diào)試，并多次檢測并記錄結(jié)果，并對實驗的結(jié)果進行分析，最后整理并完成論文。進度安排第1－3周：查閱相關(guān)文獻資料，明確研究內(nèi)容，了解研究所需光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和研究的目的意義。確定方案，完成開題報告第4－5周：整理材料，編寫文獻綜述和開題報告第6－8周：熟悉光電轉(zhuǎn)換模塊，并設(shè)局電路圖和電路圖進行設(shè)計第9－10周：鞏固以前學(xué)習(xí)的編程知識以及學(xué)習(xí)FPGA的相關(guān)知識第11－12周：進行Verilog HDL編程仿真。第13－14周：完成并修改畢業(yè)論文。第15周: 準(zhǔn)備論文答辯。指導(dǎo)教師意見選題有很強的實際價值，學(xué)生綜合利用所學(xué)知識，立論合理，論證充分。該題目通過學(xué)生的努力，能在規(guī)定時間完成，并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。課題有一定的難度，報告研究有探索性和深度，達(dá)到本科生必要論文的要求。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日注：1．開題報告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計開始后三周內(nèi)完成。2．“設(shè)計的目的及意義”至少800字，“基本內(nèi)容和技術(shù)方案”至少400字。進度安排應(yīng)盡可能詳細(xì)。3．指導(dǎo)教師意見：學(xué)生的調(diào)研是否充分？基本內(nèi)容和技術(shù)方案是否已明確？是否已經(jīng)具備開始設(shè)計（論文）的條件？能否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)？是否同意進入設(shè)計（論文）階段。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 課題的研究背景及意義 1 整體設(shè)計方案 2 論文章節(jié)安排 22 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 傳感模塊 3 模數(shù)模塊 6 顯示模塊 83 FPGA可編程邏輯器件 9 FPGA簡介 9 FPGA基本內(nèi)部構(gòu)造及功能分析 9 FPGA中I2C協(xié)議的實現(xiàn) 124 系統(tǒng)中FPGA的設(shè)計及實現(xiàn) 14 FPGA的通用設(shè)計過程 14 FPGA設(shè)計 145 總結(jié) 23參考文獻 25致 謝 26摘 要本文借助FPGA對光電數(shù)據(jù)進行采集和處理，通過對光電轉(zhuǎn)換后的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到我們能夠數(shù)值化處理的數(shù)字信號，利用FPGA來進行I2C協(xié)議的編寫，使具有I2C協(xié)議的一些邏輯器件能夠使用，使我們能夠更加了解FPGA的集成化處理的優(yōu)勢，所得到的結(jié)果對于利用FPGA來進行數(shù)據(jù)采集和處理具有很重要指導(dǎo)意義。論文的主要工作是利用Veilog語言編寫I2C協(xié)議，并通過I2C協(xié)議對其他芯片進行控制，最終實現(xiàn)我們需要的光纖溫度采集和處理如何更加精確的顯示溫度值。研究結(jié)果表明，F(xiàn)PGA配合I2C協(xié)議使器件的集成性更加高，處理速度高，在可移植性方面的優(yōu)勢能夠很好體現(xiàn)出來。本文的特色在于利用FPGA的可精準(zhǔn)控制時間，從而達(dá)到很準(zhǔn)確的控制I2C協(xié)議實現(xiàn)通信。關(guān)鍵詞：FPGA；I2C協(xié)議；光電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26AbstractWith the FPGA to acquisition and processing of optoelectronic data, through as the photoelectric conversion signals to do the analog to digital conversion, we can get numerical digital signals which can be processed, use of FPGA to the programmable of I2C protocol, so that some logic devices with I2C protocol can be used, so that we can better understand the advantages of the integration of FPGA processing, the results obtained for the use of FPGA for data acquisition and processing has very important significance. The main work of this paper is the use of Veilog language to program I2C protocol and through I2C protocol to control of other chips, and ultimately to realize collecting and processing the fiber temperature we needed and how to more accurately display the temperature value. The results show that, FPGA with I2C protocol can make devices higher integration, higher processing