本文選題：LIPS + 千兆以太網(wǎng)��； 參考：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：激光誘導等離子體光譜技術(Laser Induced Plasma Spectroscopy,LIPS)是產(chǎn)生于激光和材料相互作用的發(fā)射光譜的一類定量分析技術,其優(yōu)點包括測量過程無破壞、實時測量、惡劣環(huán)境中實現(xiàn)幾十米外的遠程測量,為了實現(xiàn)以上三點及對鋼水成分實時在線監(jiān)測和精確控制的要求,勢必要做到數(shù)據(jù)的高速傳輸及實時顯示。首先本論文根據(jù)系統(tǒng)的功能需求介紹了課題的研究背景及意義,通過對比USB、Camera Link、IEEE1394、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳輸方式的傳輸速度和傳輸距離,本文選擇了傳輸速度更高、傳輸距離更遠、與現(xiàn)有網(wǎng)絡能夠兼容的千兆以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?人機交互的功能選擇絕大多數(shù)計算機及屏幕都具備的VGA接口及鼠標外設來實現(xiàn)。其次設計了以xc6slx16處理芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸及人機交互系統(tǒng)。隨著科學技術的發(fā)展,圖像數(shù)據(jù)傳輸及人機交互的速度要求也越來越高,傳統(tǒng)的以單片機、ARM等做為核心的處理系統(tǒng)倍感乏力,而FPGA的發(fā)展為我們提供了新方法和新思路。本論文采用Xilinx的Spartan-6 xc6slx16作為核心處理芯片,在文章中對該芯片及其它Spartan-6系列芯片的芯片的制造工藝、邏輯資源及IO資源做了簡單的介紹,并對FPGA的開發(fā)流程做了詳細的介紹。再次,根據(jù)本系統(tǒng)的特點及功能需要對UDP/IP協(xié)議棧做了一些調(diào)整用VERILOG HDL硬件描述語言進行編寫,下載到FPGA行實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)收發(fā)及人機交互。數(shù)據(jù)傳輸功能以UDP/IP協(xié)議的結(jié)構(gòu)特點為依據(jù)設計多個子模塊,根據(jù)UDP/IP各層的功能設計出UDP發(fā)送接收模塊、IP發(fā)送接收模塊、MAC子層發(fā)送接收模塊、CRC校驗生成模塊,人機交互部分根據(jù)VGA顯示原理及時序要求設計了DDR3讀寫控制模塊及VGA顯示模塊,根據(jù)USB2.0協(xié)議及ISP1362芯片的功能設計出了鼠標控制模塊,最后由頂層模塊將各個子模塊例化共同實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后用仿真工具Modelsim對各個子模塊及頂層模塊進行仿真,通過抓包工具Wireshark對系統(tǒng)進行丟包測試,運行系統(tǒng)來檢測光譜圖能否在顯示器上顯示及鼠標外設能否實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取,驗證系統(tǒng)整體功能。激光誘導等離子光譜儀是國內(nèi)首臺通過激光誘導光譜成像來分析鋼水離子成分的儀器,儀器中的數(shù)據(jù)通信及人機交互與以往的研究有很大不同,UDP/IP協(xié)議棧及VGA顯示部分都有精簡,是本文的一個創(chuàng)新點。
[Abstract]:Laser Induced Plasma Spectroscopy (LIPS) is a kind of quantitative analysis technique of emission spectrum produced by laser and material interaction. Its advantages include non-destructive measurement and real-time measurement. In order to realize the above three points and the requirements of real-time on-line monitoring and accurate control of the composition of molten steel, the data must be transmitted at high speed and displayed in real time. Firstly, according to the functional requirements of the system, this paper introduces the research background and significance of the subject. By comparing the transmission speed and distance of USB camera camera, IEEE 1394, Ethernet and other data transmission modes, this paper chooses higher transmission speed and longer transmission distance. Gigabit Ethernet which is compatible with the existing network is used as the medium of data transmission. The function of man-machine interaction is realized by using the VGA interface and mouse peripheral which most computers and screens have. Secondly, a data transmission and human-computer interaction system based on xc6slx16 processing chip is designed. With the development of science and technology, the speed of image data transmission and human-computer interaction is more and more high. The traditional processing system with arm as the core is weak, and the development of FPGA provides us with new methods and new ideas. In this paper, Spartan-6 xc6slx16 of Xilinx is used as the core processing chip. In this paper, the manufacturing process, logic resource and IO resource of this chip and other Spartan-6 series chips are briefly introduced, and the development process of FPGA is introduced in detail. Thirdly, according to the characteristics and functions of the system, the UDP/IP protocol stack is adjusted by VERILOG HDL hardware description language and downloaded to the FPGA line to realize the Ethernet transceiver and man-machine interaction of data. The function of data transmission is based on the structural characteristics of UDP/IP protocol. According to the functions of each layer of UDP/IP, the UDP sending and receiving module and IP sending and receiving module are designed, and the UDP sub-layer sending and receiving module is designed. According to the principle of VGA display and timing requirements, the man-machine interaction part designs the DDR3 read-write control module and VGA display module. According to the function of USB2.0 protocol and ISP1362 chip, the mouse control module is designed. At last, the top-level module realizes the system function by example of each submodule. Finally, the simulation tool Modelsim is used to simulate each sub-module and top-level module, and the Wireshark tool is used to test the system. The system is run to detect whether the spectrum can be displayed on the display and whether the mouse peripheral device can realize the data extraction. Verify the whole function of the system. The laser-induced plasma spectrometer is the first instrument in China to analyze the ion composition of molten steel by laser induced spectral imaging. The data communication and human-computer interaction in the instrument are very different from previous researches. The UDP / IP protocol stack and the VGA display part are all simplified. It is an innovation of this paper.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH744.5

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本文編號：1791717