為滿足微型光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求,在選用量子效率更高的背照式面陣CCD基礎(chǔ)上,設計一種基于STM32F4與FPGA雙核工作模式的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用STM32F4完成主控制邏輯和DMA傳輸,FPGA實現(xiàn)對CCD及相關(guān)器件的驅(qū)動,運用相關(guān)雙采樣模式對CCD輸出的模擬信號進行采集,最終通過串口功能模塊與上位機通訊,實時顯示采集光譜。測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有清空CCD內(nèi)部殘留電荷和積分時間可調(diào)（8ms-60s）的能力,采集效果良好,實用性極高。 

【文章來源】：軟件導刊. 2020,19(01)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

CCD暗噪聲水平

背照式CCD采用Hamamatsu公司的S10420—1006-01，其有效像素為64行′2 048列，共131 072個。根據(jù)S10420-1006-01芯片手冊，具體時序如圖1所示。一次完整的CCD積分輸出流程需七路驅(qū)動信號，兩路垂直驅(qū)動信號P1V和P2V，四路水平驅(qū)動信號P1H、P2H、P3H和P4H，以及一路復位信號RG。同時CCD積分輸出過程分為Integration time、Vertical binning period和Readout period三個階段：(1)Integration time階段。在一路垂直信號P1V和四路水平信號驅(qū)動下，CCD像素快門打開，CCD對入射光進行曝光，同時進行光電轉(zhuǎn)換；(2)Vertical binning period階段。在垂直信號驅(qū)動下，CCD對其內(nèi)部一列像素進行垂直裝箱操作，即每一列64個像素存儲的信號電荷被轉(zhuǎn)移到同一像素中，等待水平轉(zhuǎn)移輸出；(3)Readout period階段。在水平信號和復位信號的驅(qū)動下，CCD將已垂直裝箱的信號電荷依次轉(zhuǎn)移輸出，此時A/D和DMA同步對CCD輸出的OS信號進行采集和存儲，最后通過串口發(fā)送至上位機圖形界面，可直接觀察入射光的相對光譜強度。2 光譜采集系統(tǒng)設計

CCD的光譜采集系統(tǒng)設計如圖2所示。系統(tǒng)流程為：上位機通過串口1發(fā)送控制指令集到STM32F4,STM32F4將指令解碼，得到積分時間；而后通過串口2將積分時間發(fā)送至FPGA以驅(qū)動CCD和A/D9826。CCD輸出的OS模擬信號通過A/D9826同步采集，采集后的數(shù)據(jù)通過8個GPIO口的DMA同步發(fā)送至STM32F4緩存中；最后由串口1發(fā)送至上位機中，用C#編寫上位機圖形軟件同步顯示，繪制出相對光譜強度分布曲線。2.1 CCD驅(qū)動設計

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]CCD視頻采集系統(tǒng)設計和實現(xiàn)[J]. 于慶廣,張曉明,王浩,白彬.  儀器儀表學報. 2006(S2)
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博士論文
[1]空間高幀頻背照式CCD驅(qū)動與信息處理技術(shù)研究[D]. 陳劍武.中國科學院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2015
[2]微型光譜儀系統(tǒng)的研究及其應用[D]. 程梁.浙江大學 2008



本文編號：3112323