【正文】 o realize munication. Keywords: FPGA。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................. I Abstract ...........................................................................................................................................II 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 課題的研究背景及意義 .......................................................................................................... 1 整體設計方案 .......................................................................................................................... 2 論文章節(jié)安排 .......................................................................................................................... 2 2 系統(tǒng)硬件設計 ............................................................................................................................. 3 傳感模塊 .................................................................................................................................. 3 模數(shù)模塊 .................................................................................................................................. 6 顯示模塊 .................................................................................................................................. 8 3 FPGA 可編程邏輯器件 ............................................................................................................... 9 FPGA 簡介 ................................................................................................................................ 9 FPGA 基本內部構造及功能分析 ............................................................................................ 9 FPGA 中 I2C 協(xié)議的實現(xiàn) ...................................................................................................... 12 4 系統(tǒng)中 FPGA 的設計及實現(xiàn) ................................................................................................... 14 FPGA 的通用設計過程 .......................................................................................................... 14 FPGA 設計 .............................................................................................................................. 14 5 總結 ........................................................................................................................................... 23 參考文獻 ....................................................................................................................................... 25 致 謝 ........................................................................................................................................... 26 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 本文借助 FPGA 對光電數(shù)據(jù)進行采集和處理，通過對光電轉換后的電信號進行模數(shù)轉換，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意義。 指導教師簽名： 年 月 日 注： 1．開題報告應 根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在畢業(yè)設計開始后三周內完成。 第 15 周 : 準備論文答辯。學習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試，并多次檢測并記錄結果，并對實驗的結果進行分 析，最后整理并完成論文 。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)采集技術比較發(fā)達，但是成本高，國內的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度不夠，一般只有 2%，為此需要設計一個精度高成本低的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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。 262XA 系列有兩種掃描速度： 4 通道 /秒（慢）， 17 通道 /秒（快）。 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。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，其中的一部分數(shù)據(jù)還將被控制生產過程中的 FPGA 控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。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。 完成基于 FPGA 的光電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建與調試 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 120xx 字 的論文 。 作者簽名： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的 復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 武漢理工大學 畢業(yè)設計（論文） 基于 FPGA的光電數(shù)據(jù)采集和處理采集系統(tǒng)設計 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。本人授權省級優(yōu)秀學士論文評選機構將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 必讀參考資料 ： [1] 張洪潤，張亞凡 . FPGA/CPLD 應用設計 200 例 . 北京航空航天大學出版社 . [2] 何賓 . EDA 原理及 Verilog 實現(xiàn) . 清華大學出版社 . 指導教師簽名 ： 系主任簽名 ： 院長簽名 （ 章 ） 武漢理工大學 本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 目的及意義（含國內外的研究現(xiàn)狀分析） 畢業(yè)設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計一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并完成對關心好的實時監(jiān)測 。染料分子吸收光子能量后將使半導體中的帶負電的電子和帶正電的空穴分離。 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。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。儀器可以使用 交流電直接供電，也可以使用 916V 直流供電。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。 基本內容和技術方案 論文題目 ： 基于 FPGA 的光電數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)設計 論文主要內容：通過調研查閱相關資料研究 光電轉換和 FPGA 的應用 ，以及其在各個領域的應用情況，國內外的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景，設計出比較實用的光電數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。 進度安排 第 1－ 3 周 ： 查閱相關文獻資料，明確研究內容，了解研究所需 光電轉換數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)在國內外的現(xiàn)狀和研究的目的意義 。 指導教師意見 選題有很強的實際價值，學生綜合利用所學知識，立論合理，論證充分。 2． “設計的目的及意義 ”至少 800 字， “基本內容和技術方案 ”至少 400 字。 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。 I2C protocol。染料分子吸收光子能量后將使半導體中的帶負電的電子和帶正電的空穴分離。 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。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。儀器可以使用 交流電直接供電，也可以使用 916V 直流供電。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。 因此國外的數(shù)據(jù)采集技術比較發(fā)達，但是成本高，國內的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度不夠，武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 2 一般只有 2%，為此需要設計一個精度高成本低的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 模數(shù)轉換模塊由 ADS1115 構成，由于傳感器獲得信號是模擬信號，需要轉換成數(shù)字信號就能夠對其進行具體數(shù)值的處理。以及使獲得的數(shù)據(jù)能夠在顯示部分能夠顯示出來。在這些設計中我們會提到一些部分選擇的原因然后再根據(jù)這些硬件來講述怎么用 FPGA 來驅動和處理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。第一，發(fā)光譜線窄；第二， 與光纖的耦合效率高；第三，它是閾值器件；而光源的驅動是電流驅動的，我們就用 DAC8571 先進行電壓控制，通過 MAX4238 對電壓進行放大，然后通過三極管使電壓信號能夠變成電流信號，從而能夠驅動 LD，使我們能夠得到比較穩(wěn)定的光源。 GE 薄膜的一些參數(shù)特性：它的折射率和吸收率能夠溫度具有一定關系，根據(jù)這個關系我們能夠把它和溫度之間建立一個對應的關系，然后根絕這個關系能夠比較準確的設計出溫度和接收到的光信號的關系。 內光電效應：被光激發(fā)所產生的載流子（自由電子或空穴）仍在物質內部運動，使物質的電導率發(fā)生變化或產生光生伏特的現(xiàn)象。 根據(jù)內光點效應我們可以得到光電導器件和光生 伏特器件。 硅光電二極管的優(yōu)缺點：響應頻率低，容易受溫度的影響，精度低。所以其對應的電路圖是： 圖 26 PIN 光電二極管的電路