本文關(guān)鍵詞：串行通信模式線陣CCD驅(qū)動電子系統(tǒng)研究及其應用

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【摘要】：線陣CCD在光電檢測技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應用,CCD可將光信號直接轉(zhuǎn)換成模擬電信號。本文研究通過利用FPGA大規(guī)模并行處理特性,實現(xiàn)對線陣CCD采集系統(tǒng)各個模塊控制與協(xié)調(diào),可完成線陣CCD對光信號采集。將采集數(shù)據(jù)通過RS-232串口輸出,便于系統(tǒng)的二次開發(fā)。本文研究了線陣CCD對光信號的采集系統(tǒng),將系統(tǒng)分為下位機和上位機兩部分。下位機包含線陣CCD的驅(qū)動、線陣CCD對光信號采集、采集信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換、使用FIFO對數(shù)據(jù)進行緩存以及串口傳輸?shù)戎饕獌?nèi)容。上位機包含數(shù)據(jù)發(fā)送與接收和數(shù)據(jù)處理與存儲等主要內(nèi)容。在下位機硬件系統(tǒng)方面,以FPGA和線陣CCD為核心,加入A/D轉(zhuǎn)換器、放大器等相關(guān)器件完成下位機硬件系統(tǒng)。本文中FPGA選用Altera公司Cyclone IV FPGA系列中的EP4CE15F17C8芯片,該芯片具有可靠性強,資源豐富等特點,性能滿足設計需求。線陣CCD選用日本東芝公司TCD1304DG圖像采集芯片。通信模式選擇RS-232串口通信協(xié)議,RS-232串口通信具有應用范圍廣泛和編程容易等特點。在上位機軟件系統(tǒng)方面,通過使用LabVIEW作為開發(fā)平臺,該軟件開發(fā)平臺特別適用于數(shù)據(jù)采集和通信處理系統(tǒng)。本文上位機軟件系統(tǒng)通過調(diào)用LabVIEW開發(fā)平臺中VISA庫實現(xiàn)RS-232串口通信。上位機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)將串口接收到的采集數(shù)據(jù)進行顯示和傅里葉變換,并將采集數(shù)據(jù)以excel格式存儲。上位機軟件系統(tǒng)驗證了線陣CCD采集數(shù)據(jù)通過串口輸出的準確性和可靠性。最后,本文討論了邁克爾遜干涉儀光路系統(tǒng)搭建及使用本文設計的線陣CCD采集系統(tǒng)對干涉條紋進行采集和數(shù)據(jù)處理。通過該測試實驗,測試了線陣CCD采集系統(tǒng)的性能指標,并對系統(tǒng)誤差進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：線陣CCD 串口通信 FPGA LabVIEW 干涉條紋采集
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及依據(jù)10
• 1.2 CCD基本構(gòu)成及發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 CCD基本構(gòu)成10-11
• 1.2.2 CCD發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 核心處理器及通信模式選擇12-13
• 1.3.1 核心處理器選擇12
• 1.3.2 通信模式選擇12-13
• 1.4 本課題主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4.1 測試光路設計13-14
• 1.4.2 電路研究內(nèi)容14
• 1.4.3 系統(tǒng)軟件研究內(nèi)容14
• 1.4.4 系統(tǒng)測試實驗14
• 1.5 本章小結(jié)14-16
• 第2章 方案設計16-24
• 2.1 下位機電路相關(guān)設備特性分析16-21
• 2.1.1 線陣CCD特性分析16-19
• 2.1.1.1 線陣CCD電氣特性分析16-18
• 2.1.1.2 線陣CCD光學特性分析18-19
• 2.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器分析19-20
• 2.1.3 核心處理器特性分析20
• 2.1.4 下位機電路系統(tǒng)方案20-21
• 2.2 軟件程序方案分析21-22
• 2.2.1 下位機程序方案分析21-22
• 2.2.2 上位機軟件方案分析22
• 2.3 總體方案設計22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 硬件電路設計24-36
• 3.1 FPGA核心模塊電路24-29
• 3.1.1 電源26-27
• 3.1.2 外部時鐘和復位電路27
• 3.1.3 下載電路27-28
• 3.1.4 外部存儲芯片28-29
• 3.2 線陣CCD模塊電路29-34
• 3.2.1 線陣CCD模塊電路電源設計30-31
• 3.2.2 線陣CCD外圍電路設計31
• 3.2.3 A/D模塊電路設計31-33
• 3.2.4 數(shù)據(jù)接口電路33-34
• 3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接模塊電路34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 軟件程序設計36-52
• 4.1 硬件電路驅(qū)動程序軟件36-45
• 4.1.1 時鐘模塊37
• 4.1.2 線陣CCD模塊程序37-38
• 4.1.3 A/D模塊驅(qū)動程序38-39
• 4.1.4 FIFO程序39-40
• 4.1.5 串口通信模塊程序40-45
• 4.1.5.1 波特率定時模塊41-42
• 4.1.5.2 串口通信接收部分42-44
• 4.1.5.3 串口通信發(fā)送部分44-45
• 4.2 上位機軟件45-50
• 4.2.1 通信模塊46-47
• 4.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊47-48
• 4.2.3 交互功能及界面48-49
• 4.2.4 軟件整體流程49-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)52-64
• 5.1 普通光信號采集系統(tǒng)測試52-54
• 5.2 邁克爾遜干涉光路系統(tǒng)測試54-62
• 5.2.1 測試光路設計及搭建54-55
• 5.2.2 測試原理分析55-57
• 5.2.3 電信號系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析57-60
• 5.2.4 光信號系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析60-62
• 5.3 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果70-72
• 致謝72

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本文編號：894585