基于FPGA的主动光学微位移传感系统软件研究

论文摘要

主动光学技术是一种波面校正技术,用于消除光学望远镜受重力和温度等因素引起的形变,而大型天文望远镜子镜之间微小位移的测量是主动光学系统自动调节的关键。截止目前,微小位移测量的传感器技术难度较大,发展缓慢。因此,本文以主动光学技术的应用为研究背景,探讨并设计了微位移传感器的系统软件。本文设计的微位移传感器采用差分变面积型的极板结构,并设置参考传感器,在与测试传感器驱动一致的情况下,利用差分消除非测量因素的影响。以Xilinx公司Spartan-6 XC6SLX9的FPGA芯片为核心,完成了驱动信号的产生模块,包括传感器极板的驱动信号、ADA2200芯片的同步解调信号以及AD7988-1芯片的驱动信号;基于I2C协议对寄存器进行参数的写入配置,完成了ADA2200芯片的解调控制模块;基于SPI协议对芯片的接口进行配置,完成了AD7988-1芯片的A/D转换模块;完成了基于网络单片机W7100A的数据以太网传输模块,包括FPGA与网络单片机的接口配置以及基于TCP/IP协议的上位机传输模块配置。通过程序调试和实验表明,这些模块实现了预想的功能,为微位移传感器系统的正常工作打下了良好的基础。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 主动光学系统中微位移传感器的发展现状

1.3 本文的主要工作

2 系统设计方案与芯片选型

2.1 系统总体设计方案

2.2 FPGA设计原理及芯片选择

2.2.1 FPGA设计原理

2.2.2 FPGA芯片选择及开发流程

2.3 本章小结

3 基于FPGA的系统软件设计

3.1 时钟驱动模块的软件设计

3.1.1 单端反相的极板驱动原理

3.1.2 系统内部各驱动信号的产生

3.2 同步解调模块的软件设计

3.2.1 同步解调原理介绍及芯片选型

3.2.2 ADA2200芯片概述及外围引脚配置

3.2.3 I2C总线协议概述

3.3 模数转换模块的软件设计

3.3.1 模数转换芯片选型

3.3.2 SPI协议概述

3.4 网络单片机模块的软件设计

3.4.1 系统需求分析与器件选型

3.4.2 W7100A结构概述

3.4.3 TCP通信协议概述

3.5 本章小结

4 系统的软件实现

4.1 驱动模块软件实现

4.2 同步解调模块软件实现

4.2.1 ADA2200寄存器参数写入

4.2.2 基于I2C的程序实现方法

4.2.3 同步解调模块程序设计

4.3 模数转换模块软件实现

4.3.1 基于SPI四线式的模数转换器件配置

4.3.2 AD7988-1时序分析

4.3.3 AD7988-1的程序实现方法

4.4 网络单片机模块软件实现

4.4.1 网络单片机的接口控制

4.4.2 网络单片机内部寄存器配置

4.4.3 网络单片机模块总程序实现

4.5 本章小结

5 程序调试方法与实验结果

5.1 实验环境

5.2 FPGA驱动模块整体测试

5.3 同步解调模块的测试结果

5.4 模数转换模块的实验结果

5.5 网络单片机传输模块的实验过程

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作内容总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐晓康

导师: 李武森,戚永军

关键词: 主动光学,微位移传感器,解调

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 天文学,仪器仪表工业,自动化技术

单位: 南京理工大学

分类号: TH751;TP212

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001158

总页数: 67

文件大小: 2291K

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