1. 研究目的与意义
社会经济的飞速发展使得半导体材料得到新的发展空间，半导体材料经历了从第一代到第二代的转变，如今又在新的时代背景下借助科学技术的进步向着第三代半导体材料的方向前进。半导体材料实现了高密的大规模集成电路的使用，因此半导体材料，确切的说应该是第三代半导体材料是在新的信息化时代背景下实现数字化生活的关键推动力。半导体技术的飞速发展对人类生活产生了极大的影响，从半导体晶体管的发明再到硅集成电路的研制成功，让原本笨重、昂贵的巨型计算机，变成了小巧、轻便的笔记本电脑；石英光导纤维材料和gaas激光器的发明，促进了光纤通信技术的迅速发展，光缆使得单位时间内能够传递的信息量巨大，使人类成功进入信息时代；而超晶格概念的出现，使得半导体超晶格和量子阱材料研制成功，彻底颠覆了光电器件的设计思想，人为的改变晶体的周期势，作出具有新功能的人工超晶格结构材料，使半导体器件的设计和制造由原来的“杂质工程”发展到“能带工程”。
在半导体技术发展的推动下，可编程逻辑器件(pld)迎来了前所未有的发展机遇且实现了较大的技术突破，具有良好的在线修改能力即随时修改设计而不必改动其硬件电路的特点，如今它已成为电子设计领域中最具有发展前途的器件。可编程逻辑器件的典型应用领域有在数字电路实验中的应用、在通信系统中的应用和在asic设计中的应用。可编程逻辑器件正在向着高密度、低压、低功耗方向发展，其成本不断降低，并且片上集成资源不断丰富，向着片上可编程系统(sopc)方向发展，正在向着软核、硬核混合的结构方向发展。在pld的不断发展过程中，复杂可编程逻辑器件(cpld)出现了，cpld至少包含三种结构：可编程逻辑宏单元、可编程i/o单元和可编程内部连线，采用eecmos工艺制作，它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低保密性强价格大众化等特点，可以实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产。复杂可编程逻辑器件的应用已经深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
进一步的发展半导体材料，让电子产品的体积再次压缩并且性能增强势在必行，然而半导体技术的每一次发展都是以新材料生长制备的方式取得突破为基础的，所以对于材料生长环境的提出了更高的要求。目前先进材料的生长的代表性技术有很多，例如分子束外延、金属有机物化学气相沉积、脉冲激光沉积等。
2. 研究内容和预期目标
本课题主要研究内容和预期目标：
研究内容：针对多种应用下的气体压强控制要求，以cpld（复杂可编程逻辑器件）为控制核心的气体压强测试装置。主要研究核心是cpld以及高精度adc芯片，气体压强传感器规格，前端信号处理电路，cpld控制单元电路，基于高精度adc（模数转换器）以及lcd显示的功能模块电路，相关器件的封装和硬件电路的pcb图绘制，硬件电路制作和相关功能模块程序编写。需要熟练掌握基于pcld电子系统的软硬件设计方法和流程，掌握pcld以及高精度adc芯片的工作原理和使用方法，掌握altium designer的使用，学习verilog hdl硬件描述语言。
预期目标：设计出的以cpld为控制核心的通用性强的气体压强测试装置，能够针对多种应用下的气体压强控制要求，能够按照具体使用的要求来为外置的气体压强传感器提供电能供给，能够灵活地切换输入信号的选择，并且对前端放大信号能够进行合适的处理，再通过控制高精度adc将处理后的模拟信号转换为数字信号并进行自动处理，实现相应的气体压强的自动准确测量，最后将测量结果用lcd进行显示。显示的结果需要采用pa/torr/m bar等多种单位形式，需要能够适用多种规格的气体压强传感器配置，包括0~133.325pa /0~10v；0~1.6*105pa /0~10v；0~2.5*105pa /0~10v；0~2.05*105pa /0~5v；9.986*104~1.02*105pa /0~10v；0~100pa/1~9v。同时还需要装置具备调零功能，线性度调节功能，输入切换功能和pld学习的开发实验板功能。
3. 研究的方法与步骤
本课题拟采用的研究方法：
首先查阅相关文献资料或使用手册，了解设计过程中需要使用到的元器件，在清楚原理、分类和使用方法后，根据所设计的装置选择合适的硬件组成电路，将电路的设计分成各个部分，分别完成每一个部分的设计，最后再总合为一个完整的电路设计，并查阅相关器件的封装，设计硬件电路的pcb图，然后制作调试相应的气体压强参数智能测量的通用硬件电路，最后编写相关的功能模块程序并对硬件电路总功能进行调试。在这个过程中需要先不断地对每一个部分进行测试和修改，若能够完成本部分的功能再进行下一个部分的设计，最后整合在一起再进行实验综合，否则在不明了哪一个部分出现问题的情况下很难高效率的找出错误所在。
步骤：
4. 参考文献
[1]王金明.数字系统设计与verilog hdl.[m].北京:电子工业出版社,2019.1
[2]夏宇闻.verilog数字系统设计教程. [m].北京：北京航空航天大学出版社,2017.7
[3]曲震宇，刘胜辉.基于cpld的高速数据采集系统控制模块的设计与实现.[j].哈尔滨理工大学学报,2006：6-7
5. 计划与进度安排
（1）第1周-第2周：根据任务书，明确设计的内容和目的，查阅相关文献材料准备开题报告，并根据阅读的资料文献初步了解设计的原理以及实现的方法，开始写开题报告；
（2）第3周-第4周：提出设计方案并论证可行性，并选择可行的方案绘制出系统原理图；
（3）第5周-第6周：根据原理图，做好元件选型工作，并开始绘制pcb板；
