【導(dǎo)讀】河南機(jī)電高等專科學(xué)校。河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文

　　

【正文】 過軟件寫入啟用。 AD56x7RBRMZ 內(nèi)置一個 、 5ppm/度基準(zhǔn)電壓源，滿量程輸出范圍可達(dá)到 ； AD56x7RBRMZ內(nèi)置一個 、 5ppm/度基準(zhǔn)電壓源，滿量程輸出范圍可達(dá)到 5V。 圖 47AD5627引腳分布 圖 48DAC內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 DAC 性能指標(biāo)： 低功耗、雙通道 nanoDAC 12位精度 片內(nèi)自帶基準(zhǔn)電壓源 3mmx3mm、 LFCSP 和 10 引腳 MSOP 封裝 采用 至 電源供電 通過設(shè)計(jì)保證單調(diào)性 上電復(fù)位至零電平 各通道獨(dú)立省電 硬件 LDAC 和 CLR 功能 IC兼容型串行接口，支持標(biāo)準(zhǔn)（ 100kHz）、快速（ 400kHz）和高速（ ）三種模式 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 18 高速數(shù)字信號處 理電路設(shè)計(jì) 高速數(shù)字信號處理電路采用高性能浮點(diǎn) DSP 處理芯片，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算處理，將處理后的結(jié)果信息通過串口發(fā)送至控制模塊，再通過 GPIO 接口對控制模塊等相關(guān)模塊進(jìn)行通信。 本文選用的是 ADSP SHARC 系列處理器，它們都是以 ADSP21000 處理器核為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)大體相同，在程序代碼設(shè)計(jì)上也具有高度的兼容性。下面就簡單介紹下 ADSPSHARC 系列處理器的一些特點(diǎn)。 獨(dú)立并行運(yùn)算單元 算數(shù) /邏輯單元（ ALU）、乘法器和移位器都可以再單周期里執(zhí)行指令，它們并列排列，大大提高了數(shù) 據(jù)吞吐率。對于單個乘、累加指令，能同時(shí)并行的在乘法器和 ALU 中執(zhí)行。運(yùn)算單元支持 IEEE32 位單精度浮點(diǎn)、 40 位擴(kuò)展精度浮點(diǎn)和 32位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式。 通用數(shù)據(jù)寄存器 通用數(shù)據(jù)寄存器在運(yùn)算單元和數(shù)據(jù)總線之間傳遞數(shù)據(jù)，能同時(shí)保存中間運(yùn)算結(jié)果。 32 個 I/O 端口的數(shù)據(jù)寄存器與處理器的超級哈弗結(jié)構(gòu)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算單元與儲存器之間無限制的數(shù)據(jù)流動。 單周期同時(shí)取 1 條指令和 2個操作數(shù) ADSP SHARC 系列處理器超級哈弗結(jié)構(gòu)內(nèi)有 2 條數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)儲存總線（ DM）和程序儲存器總線（ PM） 。 DM 總線主要傳遞數(shù)據(jù)， PM 總線 既可以傳送指令又可以傳輸數(shù)據(jù)，而且 DM總線和 PM 總線分開。這樣， ADSP SHARC 系列處理器利用指令緩存，就能在單周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)取 2 個操作數(shù)和 1 條指令。 指令緩存 ADSP ＳＨＡＲＣ系列處理器內(nèi)部有一個高效的３２級指令緩存，允許３條總線同時(shí)?。睏l指令和２個操作數(shù)。指令緩存是否使用，也可以通過編程加以控制。 有了指令緩存，處理器就能高速執(zhí)行循環(huán)操作，比如數(shù)字濾波的乘、 累加操作和 FFT 碟性運(yùn)算等。 ADSP SHARC 系列處理器內(nèi)部有 2個數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器（ DAGS） ，在硬件上能實(shí)現(xiàn)環(huán) 形數(shù)據(jù)緩沖尋址，這樣就能夠有效的執(zhí)行延遲線操作，這對于高速高效的實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波和傅里葉變換非常有用。 ADSP SHARC 系列處理器數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器能自動處理環(huán)形地址指針，這樣就能降低程序開銷，提高程序的執(zhí)行效率并簡化程序代碼。環(huán)形緩沖區(qū)可以從儲存器的任一一地址單元開始，也可以再任一地址單元結(jié)束，處理器對此沒有任何限制。 SRAM 雙端口 SRAM 可以被處理器核和 DMA 同時(shí)獨(dú)立訪問，根據(jù)不同型號芯片 SRAM 容量的大小，可以分別配置為不同容量的 32 位數(shù)據(jù)存儲區(qū)、 48 位的程 序儲存區(qū)以及混合 32位或者 48位進(jìn)行配置。 片外存儲器尋址空間可達(dá)到 4G 字，支持可編程的等待模式與 DRAM 頁控制； 2套串行口可以用多種操作模式進(jìn)行工作； 6 個 4/8 位的鏈路口可以實(shí)現(xiàn) 松耦合方式的處理器連接。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 19 DMA 控制器支持 1014 個 DMA 通道的無干預(yù)后臺傳輸， DSP 核與 I/O 處理器可以同時(shí)并行訪問內(nèi)部儲存器。 8．串行掃描與仿真特性 ADSP SHARC 系列處理器支持標(biāo)準(zhǔn)的 IEEEP1149JTAG 系統(tǒng)測試，該標(biāo)準(zhǔn)為串行掃描系統(tǒng)中元件的 I/O 狀態(tài)定義了有效的測試方法。 JTAG 串行口也能訪問ＡＤＳＰ ＳＨＡＲＣ系列處理器片內(nèi)的仿真資源。 9. 支持靈活的指令集 ADSP SHARC 系列處理器 48 位指令字適用于不同的并行操作，能實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算。例如，在單指令內(nèi)，可以有條件的執(zhí)行 1次加、一次減和 1次分支跳轉(zhuǎn)操作。 選用的第三代 ADSPSHARC 處理器提供了更高的性能、以工程應(yīng)用為重點(diǎn)的外設(shè)和新的儲存器配置。芯片速度為 400MHz。同時(shí)簡化了算法開發(fā)并集成了高帶寬和非常靈活的外部儲存器接口。芯片基于一個單指令多數(shù)據(jù)（ SIMD）內(nèi)核，支持32 位定點(diǎn)和 3240 位浮點(diǎn)運(yùn)算格式 ，與以前的所有 SHARC 處理器 代碼完全兼容，可最大化地復(fù)用已有代碼。片上儲存器總數(shù)為 2MB 的 SRAM 和 6M的 ROM，同時(shí)集成了各種音頻專用和通用外設(shè)。 圖 49DSP芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 20 圖 410ADSP21369原理圖 圖 411ADSP2136的晶振 圖 412 電壓轉(zhuǎn)換電路 圖 413SRAM接口原理圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 21 參考光纖光柵的標(biāo)定 本系統(tǒng)要求為每一個參考光柵進(jìn)行溫度標(biāo)定，即找出每個光柵在不同溫度下的對應(yīng)波長值，由此形成了一組溫度 波長數(shù)據(jù)對，使用這組數(shù)據(jù)對擬 合該光柵的溫度 波長對應(yīng)關(guān)系 y=a +bx+c,具體擬合算法是采用多項(xiàng)式擬合。 表 41 五個光柵進(jìn)行溫度定標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 服務(wù)器端軟件設(shè)計(jì) 本文根據(jù)光線光柵測溫系統(tǒng)與服務(wù)器之間的通信方式和數(shù)據(jù)格式，設(shè)計(jì)了服務(wù)器端的軟件，實(shí)現(xiàn)了光纖溫度火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲和顯示，軟件流程框圖如下： 圖 414 數(shù)據(jù)的傳輸與顯示流程圖 光纖光柵測溫系統(tǒng)服務(wù)器端軟件主要由波長監(jiān)控、設(shè)置、以及溫度監(jiān)控三部分河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 22 組成， 如圖 415所示。 在光柵測溫設(shè)置標(biāo)簽中（如圖 416），可 以設(shè)置光柵波長范圍，光柵的編號等信息，然后根據(jù)各個溫度下波長的觀測值可以得到一組波長溫度的對應(yīng)參數(shù)，點(diǎn)擊添加可以發(fā)送到 DSP 處理模塊中，進(jìn)行波長溫度的轉(zhuǎn)換，從而計(jì)算出溫度。點(diǎn)擊寫入 FLASH 按鈕可以將這些參數(shù)固化到 DSP 處理模塊中，以后使用就可以 不必再進(jìn)行一次配置。 在光柵溫度監(jiān)控標(biāo)簽頁里面，可以監(jiān)控各個光柵的溫度值，并且能設(shè)定和顯示報(bào)警狀態(tài)，如圖 417 是設(shè)置警戒值為 40 攝氏度在 10 秒內(nèi)升溫不超過 20 度。此時(shí)不報(bào)警。 當(dāng)有光柵溫度升高到 40 攝氏度以上，或者溫度在 10 秒內(nèi)升溫超過 20 度是產(chǎn)生報(bào)警，警燈變紅， 并且提示光柵告警信息（如圖 418）。點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕確定該報(bào)警信息，清楚報(bào)警狀態(tài)。 圖 415波長監(jiān)控界面圖 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 23 圖 416系統(tǒng)設(shè)置界面圖 417 溫度監(jiān)控界面圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 24 圖 418溫度監(jiān)控界面圖 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 25 第 5 章 系統(tǒng)測試 測試過程及數(shù)據(jù) 上述的工作完成后，我們將傳感光柵放入另一個恒溫箱內(nèi)，然后對恒溫箱內(nèi)的傳感光柵進(jìn)行測試。 表 51 標(biāo)準(zhǔn)溫度 5攝氏度時(shí)系統(tǒng)測量結(jié)果 表 52 標(biāo)準(zhǔn)溫度 25攝氏度時(shí)系統(tǒng)測量結(jié)果 表 53 標(biāo)準(zhǔn)溫度 65攝氏度系統(tǒng)測量結(jié)果 測試內(nèi)容是在一套光纖光柵測 溫系統(tǒng)的一個通道上串接 7 個光柵，將這些光柵河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 26 放入恒溫箱中進(jìn)行溫度控制，實(shí)驗(yàn)中，在 0~100 度范圍內(nèi)選取 3個溫度值（ 5度、25 度、 65 度）分別設(shè)定為測溫光柵的環(huán)境溫度（即恒溫箱內(nèi)的溫度），觀測記錄恒溫箱內(nèi)的這 7 個系統(tǒng)測溫探頭所測得的溫度值以及相應(yīng)的波長值，同時(shí)記錄下相應(yīng)恒溫箱的標(biāo)準(zhǔn)溫度（如表 51,52,53），最終通過系統(tǒng)測量溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的對比技術(shù)出系統(tǒng)測溫精度。 表 54 平均測量偏差 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 27 結(jié)論 光纖布拉格光柵從誕生到廣泛的研究和應(yīng)用，短短幾十年的飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為非常重要且不可替 代的光子器件。它涉及光纖傳感和光纖通信的各個領(lǐng)域，因?yàn)槠渥陨砭邆涞闹T多優(yōu)點(diǎn)，所以它有著廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。本文從光纖光柵的基礎(chǔ)理論出發(fā)，根據(jù)溫度傳感模型，重點(diǎn)研究 Bragg 光纖光柵的傳感特性及其在測溫方面的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一種基于 FP 濾波器解調(diào)的光纖光柵測溫系統(tǒng)解調(diào)的裝置，本系統(tǒng)的特點(diǎn)就是將電學(xué)方面的知識、信號處理方面的知識和光纖傳感方面的知識結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一個便于使用者操作的一個系統(tǒng)，使利用光纖光柵測溫更加直觀，測量精度更加精確。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 28 致謝 通過這三個月來的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已接近尾聲， 作為一個大專生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，讓我按時(shí)完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 感謝大學(xué)三年傳授我們專業(yè)知識的所有老師。謝謝你們嘔心瀝血的教導(dǎo)。還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關(guān)心和鼓勵，也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。他們在我設(shè)計(jì)中給了我許多寶貴的意見和建議。同時(shí)也要感謝自己遇到困難的時(shí)候沒有一蹶不振，取而代之的是找到了最好的方法來解決問題。最后，感謝生我養(yǎng)我的父 母。謝謝他們給了我無私的愛，為我求學(xué)所付出的巨大犧牲和努力。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 29 參考文獻(xiàn) 1. 李川，張以謨等 .光纖光柵原理技術(shù)與傳感應(yīng)用 .科學(xué)出版社， 2020:12— 14 2. 賈宏志，李育林，忽滿利 .光纖光柵的制作方法 .激光技術(shù)， 2020,25（ 1）： 2326 3. 廖延彪：光纖光學(xué) .北京 .:清華大學(xué)出版社， 2020年 3月 4. 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