加工制造中切削温度数据实时采集系统设计(附件)
在高速加工制造中，切削温度是检验被加工工件加工制定是否合理的重要物理量，比如对工件表面质量和刀具磨损程度的影响，所以实行对切削温度的实时采集有着重要意义。本次研究是基于FPGA数据采集卡并且利用LabVIEW提供的VISA接口，研发了对高速加工的切削温度进行数据采集的虚拟仪器，来实现对切削温度的实时显示。本次论文论述大体主要分4个大部分，首先，用人工热电偶作为传感器，介绍其安装方法，并设计冷端补偿的电路。其次，利用Quartus II创立工程，创设NIOS II软核，对FPGA的软件进行设计。再次，对FPGA进行硬件的编程设计，接着，在LabVIEW环境下设计友好的用户界面，和能够实现其运行的程序设计，此软件包含对外界温度的收集，数据处理分析和存储等模块。关键词：FPGA；切削温度；LabVIEW；数据采集 目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 课题的研究现状 2
1.2.1国内外研究现状 2
1.2.2切削温度的测量方法 2
1.3 虚拟仪器Quartus II,NiosII,FPGA，LabVIEW的简介 3
1.3.1 Quartus II 3
1.3.2 NiosII 6
1.3.3FPGA采集板的介绍 7
1.3.4LabVIEW的简介 8
1.4研究内容 9
第二章 测温系统总体方案设计 10
2.1引言 10
2.2测温总体方案设计 11
2.2.1热电偶的测温原理以及电路图 11
2.2.2传感器的选择 12
2.2.3选用的热电偶 13
2.3本章小结 15
第三章FPGA的硬件以及接口设计 16
3.1 FPGA芯片的选择 16
3.2 FPGA与电脑USB接口设计 17
3.2.1 USB通信协议和JTAG接口 17
3.2.2编写USB固件代码 18
3.3本章小结 20
第四章FPGA数据采集程序模块设计与编程 21
4.1模块设计的实现 21
4.1.
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以及接口设计 16
3.1 FPGA芯片的选择 16
3.2 FPGA与电脑USB接口设计 17
3.2.1 USB通信协议和JTAG接口 17
3.2.2编写USB固件代码 18
3.3本章小结 20
第四章FPGA数据采集程序模块设计与编程 21
4.1模块设计的实现 21
4.1.1ADC模块 22
4.1.2DCM时钟管理模块 22
4.2数据采集模块 24
4.3数据传输存储模块 25
4.4本章小结 26
第五章 切削温度实时系统的软件界面设计 27
5.1总体模块的设计 27
5.2模块分析 28
5.2.1采集模块的设计 31
5.2.2数据分析模块设计 33
5.2.3简单的警报模块设计 33
5.2.4偏移量和等待时间的设计 34
5.3本章小结 34
第六章 总结与展望 35
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 研究背景
温度是工业生产和科学研究实验中的 一个非常重要的参数，大自然中许多物体的性质都与温度相关。许多生产过程都是要控制在一定温度范围内完成的，需要测量温度的场合非常广泛。以前的测温仪器都是通过硬件或者固化的软件来实现的，并且功效一般是固定的，这使得用户没办法法随意改变它的功能。
在现在计算机技术取得了突破性发展，传统的仪器已经不能够满足当代监测系统的要求，美国公司（简称NI）率先喊出了虚拟仪器的口号，引领了监测器件界的一场革命。20世纪90年代初我国起头兴起了对虚拟器件的研发与应用，现在已经遍及好多领域如航空，通信，医疗。石油勘测等。虚拟仪器有着广泛的市场潜力。它代表了未来仪器技术的发展方向。
虚拟仪器是不同于我们平常接触的硬件仪器，它是一个与计算机软件挂钩的产物，然后我们通过显示器的图形界面操作计算机，完成对被测量的数据采集，分析，处理，显示，存储等工作。
虚拟仪器与传统仪器相比，有较少的硬件，可重复利用；器件的关键在于它的软件可以自定义，技术革新快，方便与外设，网络连接等一系列优点。因此，虚拟仪器最近几年备受各国关注，如今，发达国家已经大都普及，被普遍应用于测量，监控，教育以及航天等各个领域，并且目前正朝着总线与驱动程序的统一化；硬件和软件的模块化，编程平台图形化，智能化和网络化发展。
当前，在电子测量仪器的发展中已经慢慢出现的虚拟仪器概念，这对实现柔性的监测测控体系有明显的推进作用。借助计算机，利用可行的仪器硬件和软件（比如LabVIEW）,既有传统仪器的最根本的功能，用户又可以根据自己的需求来随时定义，实现各种各样的应用要求。虚拟仪器不仅仅灵活，功能强大并且简单方便操作，技术升级更新较快。系统的使用和维护费用极低，同时具有极好的可靠性。
1.2 课题的研究现状
1.2.1国内外研究现状
众所周知，虚拟仪器在国外发展的非常火热，尤其以NI公司为代表的一些厂商现在已经在市场上销售了一些基于虚拟技术的仪器商品。如今，在美国，虚拟技术和图形编程语言，已经成为各大学的学生的一门基础课。
最近几年，每个国家的虚拟仪器公司都研发了很多虚拟仪器开发平台软件，以便用户使用这些公司提供的开发平台软件创建自己合适的虚拟仪器或者测试平台，并编制测试软件。众所周知，最早开发这种软件的是NI公司的研发LabVIEW和Labwindws/CVI。LabVIEW选用的是图形化编程方案，很是适用；Labwindows/CVI 是专门为熟悉C语言的开发人员而设计的。除以上讲的几种软件外，美国研发的HVEE和HPTIG软件，Tektronic公司的Eztest和TekTNS软件都是国际上公认的杰出的虚拟仪器开发软件。
到现在虚拟仪器的系统研发采用的总线还是包括许多的，比如GPIB接口总线、RS232串行总线，PXI总线、VXI总线，以及被逐渐被pc机广泛选用的USB总线和IEEE1394总线。世界各国的公司，尤其是美国的NI公司，研发了大量的软件和适应要求的硬件，来满足各种总线的配置，这样可以方便组建各种虚拟仪器的测控系统。另外各个研发商，为了扩大虚拟仪器能满足的功能，他们在数据处理分析做了很多工作，使得虚拟仪器逐渐系统化。
在国内已经慢慢引入了虚拟仪器，据知情人员透露：未来的许多年，中国将有超过50%的仪器为虚拟仪器，同时国内也会对虚拟仪器进行大量的资金投入，渐渐地普及学校。现在微型计算机技术发展良好，导致虚拟仪器应该会逐步取代传统仪器而成为主流的测量器件。虚拟仪器的快速成型，标志了21世纪仪器界领域技术改进的一个重要方向。
1.2.2切削温度的测量方法
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第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 课题的研究现状 2
1.2.1国内外研究现状 2
1.2.2切削温度的测量方法 2
1.3 虚拟仪器Quartus II,NiosII,FPGA，LabVIEW的简介 3
1.3.1 Quartus II 3
1.3.2 NiosII 6
1.3.3FPGA采集板的介绍 7
1.3.4LabVIEW的简介 8
1.4研究内容 9
第二章 测温系统总体方案设计 10
2.1引言 10
2.2测温总体方案设计 11
2.2.1热电偶的测温原理以及电路图 11
2.2.2传感器的选择 12
2.2.3选用的热电偶 13
2.3本章小结 15
第三章FPGA的硬件以及接口设计 16
3.1 FPGA芯片的选择 16
3.2 FPGA与电脑USB接口设计 17
3.2.1 USB通信协议和JTAG接口 17
3.2.2编写USB固件代码 18
3.3本章小结 20
第四章FPGA数据采集程序模块设计与编程 21
4.1模块设计的实现 21
4.1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
以及接口设计 16
3.1 FPGA芯片的选择 16
3.2 FPGA与电脑USB接口设计 17
3.2.1 USB通信协议和JTAG接口 17
3.2.2编写USB固件代码 18
3.3本章小结 20
第四章FPGA数据采集程序模块设计与编程 21
4.1模块设计的实现 21
4.1.1ADC模块 22
4.1.2DCM时钟管理模块 22
4.2数据采集模块 24
4.3数据传输存储模块 25
4.4本章小结 26
第五章 切削温度实时系统的软件界面设计 27
5.1总体模块的设计 27
5.2模块分析 28
5.2.1采集模块的设计 31
5.2.2数据分析模块设计 33
5.2.3简单的警报模块设计 33
5.2.4偏移量和等待时间的设计 34
5.3本章小结 34
第六章 总结与展望 35
致谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 研究背景
温度是工业生产和科学研究实验中的 一个非常重要的参数，大自然中许多物体的性质都与温度相关。许多生产过程都是要控制在一定温度范围内完成的，需要测量温度的场合非常广泛。以前的测温仪器都是通过硬件或者固化的软件来实现的，并且功效一般是固定的，这使得用户没办法法随意改变它的功能。
在现在计算机技术取得了突破性发展，传统的仪器已经不能够满足当代监测系统的要求，美国公司（简称NI）率先喊出了虚拟仪器的口号，引领了监测器件界的一场革命。20世纪90年代初我国起头兴起了对虚拟器件的研发与应用，现在已经遍及好多领域如航空，通信，医疗。石油勘测等。虚拟仪器有着广泛的市场潜力。它代表了未来仪器技术的发展方向。
虚拟仪器是不同于我们平常接触的硬件仪器，它是一个与计算机软件挂钩的产物，然后我们通过显示器的图形界面操作计算机，完成对被测量的数据采集，分析，处理，显示，存储等工作。
虚拟仪器与传统仪器相比，有较少的硬件，可重复利用；器件的关键在于它的软件可以自定义，技术革新快，方便与外设，网络连接等一系列优点。因此，虚拟仪器最近几年备受各国关注，如今，发达国家已经大都普及，被普遍应用于测量，监控，教育以及航天等各个领域，并且目前正朝着总线与驱动程序的统一化；硬件和软件的模块化，编程平台图形化，智能化和网络化发展。
当前，在电子测量仪器的发展中已经慢慢出现的虚拟仪器概念，这对实现柔性的监测测控体系有明显的推进作用。借助计算机，利用可行的仪器硬件和软件（比如LabVIEW）,既有传统仪器的最根本的功能，用户又可以根据自己的需求来随时定义，实现各种各样的应用要求。虚拟仪器不仅仅灵活，功能强大并且简单方便操作，技术升级更新较快。系统的使用和维护费用极低，同时具有极好的可靠性。
1.2 课题的研究现状
1.2.1国内外研究现状
众所周知，虚拟仪器在国外发展的非常火热，尤其以NI公司为代表的一些厂商现在已经在市场上销售了一些基于虚拟技术的仪器商品。如今，在美国，虚拟技术和图形编程语言，已经成为各大学的学生的一门基础课。
最近几年，每个国家的虚拟仪器公司都研发了很多虚拟仪器开发平台软件，以便用户使用这些公司提供的开发平台软件创建自己合适的虚拟仪器或者测试平台，并编制测试软件。众所周知，最早开发这种软件的是NI公司的研发LabVIEW和Labwindws/CVI。LabVIEW选用的是图形化编程方案，很是适用；Labwindows/CVI 是专门为熟悉C语言的开发人员而设计的。除以上讲的几种软件外，美国研发的HVEE和HPTIG软件，Tektronic公司的Eztest和TekTNS软件都是国际上公认的杰出的虚拟仪器开发软件。
到现在虚拟仪器的系统研发采用的总线还是包括许多的，比如GPIB接口总线、RS232串行总线，PXI总线、VXI总线，以及被逐渐被pc机广泛选用的USB总线和IEEE1394总线。世界各国的公司，尤其是美国的NI公司，研发了大量的软件和适应要求的硬件，来满足各种总线的配置，这样可以方便组建各种虚拟仪器的测控系统。另外各个研发商，为了扩大虚拟仪器能满足的功能，他们在数据处理分析做了很多工作，使得虚拟仪器逐渐系统化。
在国内已经慢慢引入了虚拟仪器，据知情人员透露：未来的许多年，中国将有超过50%的仪器为虚拟仪器，同时国内也会对虚拟仪器进行大量的资金投入，渐渐地普及学校。现在微型计算机技术发展良好，导致虚拟仪器应该会逐步取代传统仪器而成为主流的测量器件。虚拟仪器的快速成型，标志了21世纪仪器界领域技术改进的一个重要方向。
1.2.2切削温度的测量方法
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