腔衰荡光谱(Cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术是一种不受光源起伏影响、可自定标、可绝对定量测量、新颖的吸收光谱检测技术,已广泛应用于痕量气体浓度检测等领域。而准确、快速采集与处理腔衰荡信号是腔衰荡光谱技术定量探测气体浓度的基础,因此,需要研制一种适用用于腔衰荡信号的数据采集与处理系统。FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种密度高、集成度高的可编程逻辑阵列,具有强大的在系统编程和并行数据处理能力；USB2.0是一种高速、串行数据通信标准,具有造价低、数据传输速度怏、支持热插拔的性能。基于此,本文设计了一种基于FPGA的腔衰荡信号采集与处理系统。系统以FPGA作为：主控制器。首先系统通过FPGA内部的高速AD接口模块,控制AD采集腔衰荡信号并缓存至FPGA:通过数据累加平均处理模块,对连续采集的多个腔衰荡信号数据进行对应点累加平均处理；通过USB2.0接口模块将处理后的有效腔衰荡信号数据和用于判断衰荡腔中有无气体吸收的命令信息数据写入USB2.0芯片。然后由上位机软件通过数据接收线程实时监测,接收经USB2.0总线传输来的数据并对数据进行整合；通过接收到的命令信息判断接收到的有效CRDS信号数据是在衰荡腔中有气体吸收还是无气体吸收时获得的,并分别保存数据,选择合适的点拟合数据得到腔衰荡时间。最终通过分别得到衰荡腔中有无气体吸收时的腔衰荡时间推导出衰荡腔中待测气体的浓度。论文首先介绍了腔衰荡信号的基础理论和实验室搭建好的腔衰荡系统,并在此基础上,给出了系统的总体设计方案；接着设计了系统的硬件电路,包括电源供电电路、FPGA外围电路、模拟信号调理电路、高速AD接口电路以及USB2.0接口电路等；然后重点介绍了FPGA内部数字逻辑设计,在说明了FPGA设计方法和开发步骤的基础上,采用VerilogHDL语言完成了FPGA主要程序模块的设计和仿真；再接着给出了系统的软件设计,主要介绍了实现USB2.0与上位机通信的固件程序、驱动程序以及上位机应用程序开发等；最后,通过软硬件联调对系统进行了功能和性能测试,并应用于实验室搭建的腔衰荡系统中进行实际腔衰荡信号采集和处理测试。