本文關(guān)鍵詞：基于線陣CCD的微型光譜儀的設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 從1666年牛頓通過三棱鏡將太陽光分解為七色光開始,光譜儀器的發(fā)展已經(jīng)走過了數(shù)百年的時間,光譜儀器的技術(shù)一步步走向成熟。光譜儀器是進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置,其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了所有的科學(xué)領(lǐng)域,包括醫(yī)藥、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理及天文學(xué)等。 近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微小型光譜儀已成為世界各國的研究熱點,與傳統(tǒng)大型光譜儀器相比,小型光譜儀具有體積小、重量輕、使用靈活、價格較低等優(yōu)點,同時小型光譜儀可以作為光電接口設(shè)備與光纖探頭聯(lián)合使用,使測量更加方便。因此成為光譜儀發(fā)展的重要趨勢。 本文首對色散型光譜儀器的基本組成和原理及其基本特性進(jìn)行了理論分析,根據(jù)分析和比較,選用對稱的切爾尼一特納光路系統(tǒng)。然后對線陣CCD圖像傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了研究,設(shè)計了基于高速線陣CCD圖像傳感器的微型光譜儀。針對光譜測量的需要,選擇東芝公司的3648像元線陣的CCD圖像傳感器TCD1305P進(jìn)行光譜信息采集。CCD輸出信號經(jīng)過模擬信號調(diào)理電路放大后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9200轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號傳輸使用的是主流的USB總線傳輸,用USB總線接口芯片CH372實現(xiàn)了光譜數(shù)據(jù)的實時傳輸。由USB提供微型光譜儀的工作電源,所以只需一根USB數(shù)據(jù)線就可以讓微型光譜儀正常工作,即插即用,便攜方便。 FPGA為整個系統(tǒng)的核心,采用FPGA來實現(xiàn)CCD驅(qū)動、模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動、USB數(shù)據(jù)傳輸控制和全局控制,采用Protel DXP設(shè)計了系統(tǒng)的硬件電路和PCB板,最后使用Verilog HDL硬件描述語言實現(xiàn)了各邏輯模塊,利用Modelsim、QuartusⅡ和Synplify軟件設(shè)計通過仿真測試對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,使系統(tǒng)具有較高的可靠性。本設(shè)計還充分考慮了電磁兼容性對CCD器件的影響,使CCD受系統(tǒng)噪聲的干擾減少到最少,保證其穩(wěn)定可靠工作。
【關(guān)鍵詞】：微型光譜儀 切爾尼-特納 FPGA 線陣CCD USB 電磁兼容
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 光譜儀器的發(fā)展歷史9-11
• 1.2 微型光譜儀國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3 微型光譜儀的研究意義及技術(shù)支持14-16
• 1.4 本論文所做的主要工作16-18
• 第2章 微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)18-26
• 2.1 光譜儀基本原理18-19
• 2.2 光譜儀的基本特性19-21
• 2.3 微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計21-26
• 2.3.1 微型光譜儀的分光成像系統(tǒng)22-24
• 2.3.2 微型光譜儀的接收系統(tǒng)24-26
• 第3章 微型光譜儀的硬件電路設(shè)計26-51
• 3.1 微型光譜儀的系統(tǒng)框架26-28
• 3.1.1 驅(qū)動控制和處理器的選擇26-28
• 3.1.2 電路系統(tǒng)框架28
• 3.2 CCD數(shù)據(jù)采集模塊硬件電路設(shè)計28-38
• 3.2.1 CCD 工作原理分析28-33
• 3.2.2 線陣CCD器件TCD1305P33-36
• 3.2.3 CCD驅(qū)動電路設(shè)計36-38
• 3.3 CCD模擬信號調(diào)理電路設(shè)計38-43
• 3.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計39-43
• 3.4 數(shù)字信號傳輸模塊電路設(shè)計43-46
• 3.4.1 USB總線接口芯片43-45
• 3.4.2 USB總線接口電路設(shè)計45-46
• 3.5 FPGA電路設(shè)計46-48
• 3.5.1 FPGA配置電路設(shè)計46-48
• 3.5.2 FPGA供電電路及時鐘電路設(shè)計48
• 3.6 供電電源設(shè)計48-50
• 3.7 系統(tǒng)PCB板設(shè)計50-51
• 第4章 微型光譜儀的邏輯設(shè)計及仿真驗證51-72
• 4.1 FPGA設(shè)計流程51-56
• 4.1.1 FPGA簡介及其特點51-52
• 4.1.2 FPGA設(shè)計流程及設(shè)計工具52-54
• 4.1.3 自頂向下的系統(tǒng)模塊設(shè)計54-56
• 4.2 CCD驅(qū)動模塊設(shè)計及仿真56-59
• 4.3 A/D驅(qū)動控制模塊設(shè)計及仿真59-60
• 4.4 數(shù)據(jù)存儲和處理模塊設(shè)計及仿真60-64
• 4.4.1 數(shù)據(jù)存儲模塊的設(shè)計及仿真60-62
• 4.4.2 FIR濾波模塊的設(shè)計及仿真62-64
• 4.5 USB數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計及仿真64-71
• 4.5.1 CH372的時序及命令分析64-67
• 4.5.2 CH372初始化設(shè)計67
• 4.5.3 USB總線數(shù)據(jù)接收和上傳67-71
• 4.6 FPGA邏輯實現(xiàn)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 附錄A PCB板設(shè)計圖79-80
• 附錄B FIR數(shù)字濾波Verilog HDL代碼80-84
• 附錄C 邏輯實現(xiàn)綜合結(jié)果84

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 陳偉軍;基于NiosⅡ的傅里葉光譜儀信號采集處理系統(tǒng)的設(shè)計[D];重慶大學(xué);2012年

2 范建飛;基于線陣CCD的水平儀自動檢測裝置設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2012年

3 陳平;線陣CCD光譜儀數(shù)據(jù)采集和處理方法研究[D];天津理工大學(xué);2013年

4 張國棟;便攜式光纖光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與分析[D];西安電子科技大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：基于線陣CCD的微型光譜儀的設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：343289