基于FPGA的DTS用高速数据采集系统的研究与实现

发布时间：2017-08-25 06:33

  本文关键词：基于FPGA的DTS用高速数据采集系统的研究与实现

  更多相关文章： DTS FPGA 同步采集 数据累加 PCI传输

【摘要】：目前,DTS技术逐渐发展并逐渐渗透到各个领域,解决了采用电信号传感方式进行测温的一切缺点。本文主要对DTS系统中的采集系统进行研究,列举了采集系统中的主要问题对于DTS系统性能的影响,包括同步采集、数据累加以及数据传输。本文主要对以上三个问题进行研究,并设计方案解决这些问题。本文首先对DTS系统测温原理进行介绍,DTS系统原理是通过散射光的温度效应进行测温。采用的测温解调模式为通过采集斯托克斯光电信号与反斯托克斯光电信号的比值。DTS采集系统将采集两路光电信号转换为数字量,并进行累加处理,并送到上位机进行数据处理。接着具体分析了采集系统的关键技术对DTS系统的影响,关键技术包括同步采集技术、数据累加、PCI数据传输;通过DTS系统的指标确定了采集系统的关键参数,以及对FPGA进行选型。本文通过具体的问题实现了高速数据同步数据采集方案,方案包括同步采集方案的确定、采集框图的设计、同步采集的电路设计以及双路100MHz信号的产生和设计AD逻辑实现。之后在FPGA中设计FPGA数据累加的方案,包括选择合适的存储器和通过对普通累加方案缺点的分析。设计新型的累加技术弥补普通方案的缺点,并对新型的累加方案进行逻辑设计与仿真。最后选用PCI数据传输技术对累加以后的数据进行传输,PCI传输功能的实现主要包括传输方案的设计、PCI9054的外围电路的设计、寄存器和工作模式的配置、PCI传输模块的逻辑设计与仿真以及分析PCI与上位机传输。通过以上三个方面的要求对采集系统进行设计,并验证其对于DTS系统的影响。通过对以上三个技术进行研究与实现,同步采集能使得采集的两路光信号完全对应,提高了DTS系统的测温精度;数据累加和PCI能在最短的时间内完成累加传输,提高了DTS系统的实时性。本次系统的研究和实现能为DTS系统测量温度频率变化更快的环境提供技术支持。
【关键词】：DTS FPGA 同步采集 数据累加 PCI传输
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.3 本文的章节安排10-11
• 1.4 本文的创新点与难点11-12
• 第2章 DTS采集系统的技术研究12-24
• 2.1 DTS系统原理12-14
• 2.2 DTS采集系统研究方案14-23
• 2.2.1 采集系统的结构的设计14
• 2.2.2 采集系统关键技术对DTS系统的影响14-17
• 2.2.3 采集系统参数的确定17-19
• 2.2.4 FPGA芯片的选型与外围电路设计19-23
• 2.3 本章总结23-24
• 第3章 高速同步数据采集的实现24-44
• 3.1 高速同步采集方案24-25
• 3.2 同步采集系统框图25
• 3.3 ADC电路的设计25-30
• 3.3.1 ADC芯片的选型25-26
• 3.3.2 ADC外围电路的设计26-30
• 3.4 模拟前端电路的设计30-34
• 3.4.1 衰减电路的设计30-32
• 3.4.2 差分电路的设计32-34
• 3.5 同步时钟逻辑设计与仿真34-40
• 3.5.1 双路同步时钟的设计34-35
• 3.5.2 双路时钟的IP核设计与仿真35-40
• 3.6 AD采集模块逻辑设计与仿真40-42
• 3.7 本章总结42-44
• 第4章 数据累加FPGA的实现44-54
• 4.1 数据累加的方案44-46
• 4.2 存储器模块的设计46-49
• 4.2.1 存储器的选择46-47
• 4.2.3 块存储器IP核的配置47-49
• 4.3 累加模块逻辑设计与仿真49-52
• 4.3.1 累加模块的逻辑设计49-50
• 4.3.2 累加模块的时序仿真50-52
• 4.4 本章总结52-54
• 第5章 PCI传输的实现54-72
• 5.1 PCI传输方案的设计54-55
• 5.2 PCI9054引脚的分组55-57
• 5.3 PCI9054寄存器的配置57-60
• 5.3.1 PCI9054的内部寄存器57-59
• 5.3.2 EEPROM配置59-60
• 5.4 PCI9054模式的配置60-62
• 5.4.1 PCI9054工作模式的配置60-61
• 5.4.2 PCI9054的传输模式的配置61-62
• 5.5 PCI传输模块的设计62-70
• 5.5.1 FIFO的设计与仿真62-65
• 5.5.2 PCI9054接口逻辑的实现与仿真65-68
• 5.5.3 PCI与上位机的DMA传输68-70
• 5.6 本章总结70-72
• 第6章 采集系统的实现与调试72-82
• 6.1 DTS采集系统主要部分原理图72-75
• 6.2 采集系统的测试75-81
• 6.2.1 采集系统的误差测试75-77
• 6.2.2 PCI测试77-78
• 6.2.3 数据累加去噪测试78-79
• 6.2.4 同步采集测试79-80
• 6.2.5 采集系统对DTS测温测试80-81
• 6.3 本章总结81-82
• 第7章 总结与展望82-84
• 7.1 总结82
• 7.2 展望82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-88

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本文编号：735606