Zynq-7000片上系統(tǒng)在TDLAS系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)和治理越來(lái)越重視，基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜檢測(cè)技術(shù)(TDLAS)，具有響應(yīng)迅速，測(cè)量準(zhǔn)確，可同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前氣體在線檢測(cè)技術(shù)中的代表性技術(shù)之一。Zynq-7000系列是Xilinx推出的基于可擴(kuò)展處理平臺(tái)架構(gòu)的產(chǎn)品，Xilinx Zynq-7000可擴(kuò)展處理平臺(tái)將雙ARM Cortex-A9 MPCore處理器系統(tǒng)與可編程邏輯和硬IP外設(shè)緊密集成在一起，提供靈活性、可配置性和性能的完美組合。在TD

2、LAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，激光控制模塊利用波長(zhǎng)調(diào)制信號(hào)控制激光器輸出特定范圍波長(zhǎng)的激光信號(hào)，激光信號(hào)經(jīng)氣體吸收之后，連續(xù)采集激光透射信號(hào)到上位機(jī)存儲(chǔ)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理，得到氣體的溫度、濃度等參數(shù)。本論文基于Zynq-7000 FPGA實(shí)現(xiàn)TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中波長(zhǎng)調(diào)制的邏輯設(shè)計(jì)，產(chǎn)生半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)調(diào)制信號(hào);基于Zynq-7000 FPGA實(shí)現(xiàn)TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的邏輯設(shè)計(jì)，連續(xù)采集激光透射信號(hào)傳輸至上位機(jī)存儲(chǔ);基于ARM Cor

3、tex-M3控制器實(shí)現(xiàn)TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對(duì)半導(dǎo)體激光器的電流和溫度控制。
　　本文基于Zynq-7000 FPGA完成了TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中波長(zhǎng)調(diào)制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊的FPGA邏輯設(shè)計(jì);基于Zynq-7000處理器系統(tǒng)完成TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中嵌入式軟件設(shè)計(jì);基于ARM Cortex-M3控制器完成TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中半導(dǎo)體激光器的控制軟件開發(fā)工作。本文的工作主要包括以下六個(gè)部分:1）基于Zynq-7000 FPGA的TDLAS實(shí)

4、驗(yàn)系統(tǒng)中波長(zhǎng)調(diào)制模塊的邏輯設(shè)計(jì)，利用DDS技術(shù)產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、方波等信號(hào)，并能夠?qū)Ω餍盘?hào)的頻率、相位、幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足TDLAS系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)的要求;2）基于Zynq-7000 FPGA的TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集邏輯設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，連續(xù)采集激光透射信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)存儲(chǔ);3）基于Zynq-7000處理器系統(tǒng)完成TDLAS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中嵌入式軟件設(shè)計(jì)，包括Linux在Zynq-7000上的移植;在數(shù)據(jù)采集模塊Linux驅(qū)動(dòng)中完成中斷控制、

5、異步通知技術(shù)的實(shí)現(xiàn);4）基于Zynq-7000處理器系統(tǒng)完成Linux應(yīng)用程序的軟件開發(fā)，應(yīng)用程序完成異步通知、雙線程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和驅(qū)動(dòng)程序的通信;5）完成TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，在上位機(jī)設(shè)置波長(zhǎng)調(diào)制模塊中波形的參數(shù)，并可設(shè)置采樣率及數(shù)據(jù)采集，完成TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中波長(zhǎng)調(diào)制及數(shù)據(jù)采集的控制;6）基于ARM Cortex-M3控制器完成TDLAS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對(duì)半導(dǎo)體激光器的控制，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體激光器的電流和溫度的控制，使