基于可編程邏輯器件FPGA的數(shù)字相關(guān)器.pdf

1、隨著顆粒學(xué)受到國(guó)內(nèi)外科技界越來(lái)越多的關(guān)注,對(duì)顆粒尺寸的大小分布和顆粒濃度的測(cè)量也日益受到人們的重視,顆粒粒度測(cè)量隨之成為研究和生產(chǎn)的重要輔助手段。在顆粒測(cè)試中,動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)是國(guó)內(nèi)外最常用的適用于亞微米、納米級(jí)顆粒測(cè)量方法,它主要利用液體中微粒的布朗運(yùn)動(dòng)所造成的多普勒效應(yīng)來(lái)對(duì)溶液中的微粒進(jìn)行測(cè)量,多年來(lái)我國(guó)學(xué)者對(duì)動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)進(jìn)行了廣泛深入的研究,但由于該儀器的關(guān)鍵部件數(shù)字相關(guān)器必須從國(guó)外進(jìn)口,利用該技術(shù)生產(chǎn)納米粒度儀的研發(fā)工作未獲突破

2、。數(shù)字相關(guān)是納米顆粒測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),兼有高速運(yùn)算、實(shí)時(shí)處理等特點(diǎn)的數(shù)字相關(guān)器的響應(yīng)快慢直接影響到最終的結(jié)果。因此需要能夠精確計(jì)算出散射光強(qiáng)自相關(guān)函數(shù),為計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確、可靠的納米顆粒粒度分布信息的數(shù)字相關(guān)器,保證納米粒度測(cè)試的準(zhǔn)確性。研制數(shù)字相關(guān)器的主要難點(diǎn)在于對(duì)通道數(shù)要求較高,應(yīng)在100以上,且處理數(shù)據(jù)量極大,要求處理速度快。
　　 本論文系統(tǒng)介紹了數(shù)字相關(guān)器的研究背景及進(jìn)展,詳細(xì)介紹了動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的相關(guān)理論、動(dòng)態(tài)

3、光散射技術(shù)的典型裝置及數(shù)據(jù)分析方法,并對(duì)已有數(shù)字相關(guān)器的主要實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。在研究已有方法的基礎(chǔ)上,對(duì)256通道數(shù)字相關(guān)器實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行了理論研究,提出了一種先采集數(shù)據(jù)再進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算的方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)基于可編程邏輯器件FPGA的256通道數(shù)字相關(guān)器。
　　 基于FPGA的256通道數(shù)字相關(guān)器,采用自頂向下的設(shè)計(jì)方式將數(shù)字相關(guān)器分模塊實(shí)現(xiàn),分為采樣計(jì)數(shù)模塊、自相關(guān)控制模塊、自相關(guān)運(yùn)算模塊和輸出存儲(chǔ)單元。利用Quartos、Mo

4、delsim等仿真工具對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并利用Matlab的自相關(guān)函數(shù)與所得自相關(guān)運(yùn)算仿真結(jié)果進(jìn)行比較,得出此方法的可行性與正確性。本課題實(shí)現(xiàn)數(shù)字相關(guān)器使用CycloneⅡ的EP2C8Q208C8 FPGA器件,并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生器,仿真粒度儀中顆粒運(yùn)動(dòng)次數(shù),送入FPGA中進(jìn)行整體測(cè)試,驗(yàn)證硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　 為進(jìn)一步提高自相關(guān)運(yùn)算的實(shí)時(shí)性,提出一種實(shí)時(shí)采樣計(jì)算自相關(guān)函數(shù)的方法,該方法在少于64通道數(shù)時(shí)可行性與實(shí)時(shí)