现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，自问世以来受到了广大用户的青睐，基于硬件描述语言(HDL)的设计方式使得FPGA在高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域极具优势。在市场对系统级设计工具巨大需求的推动下，基于软核处理器的嵌入式系统开发模式（如Altera公司的NiosII软核处理器）一经推出就被迅速地接受和推广。针对控制、通讯和数据处理等混合的复杂应用需求，采用软核嵌入式FPGA，配合自主开发的基于HDL的功能模块，是高效、快捷、灵活的解决方案。本文对自主研发的反射差分光谱仪进行了电子控制系统设计，以改进仪器性能、提高仪器的环境适应能力,全文进行了以下主要研究工作：1.介绍了反射差分光谱仪的工作原理，分析了原有控制系统的不足，提出了以FPGA为核心的设计方案；2.基于Verilog硬件描述语言完成了FPGA与角度编码器之间的同步串行通信和角度数据的实时采集，以及仪器中探测器和角度编码器的同步控制；3.基于NiosII软核处理器系统和ISP1362型USB接口芯片，在FPGA上完成了USB主从模式的固件程序设计，实现了FPGA与计算机、探测器的USB通信，并在此基础上实现了FPGA对探测器的控制和光谱数据采集以及数据的存储传输。4.结合了硬件描述语言设计法和嵌入式软核设计法，综合实现了探测器和角度编码器的同步控制和实时数据采集功能，实验测试表面，系统数据采集准确，同步性能和采集速度均满足仪器需要。