本文關(guān)鍵詞：基于STM32的微型光纖光譜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光譜儀器作為是一種分析物質(zhì)化學(xué)組成及其含量的光學(xué)分析儀器,廣泛用于物理化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防等各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,光譜儀的微型化和實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成為了一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)是微型光譜儀的一個(gè)重要組成部分,也是實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)要求的關(guān)鍵之一。本文在了解了目前最流行的微型光譜儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)與電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種基于STM32的微型光譜儀的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng),配合光學(xué)系統(tǒng),構(gòu)成一款微型光纖光譜儀,其工作波長(zhǎng)為300-800nm,分辨率約為1.5nm,實(shí)現(xiàn)光譜儀的微型化的同時(shí)還滿足了實(shí)時(shí)快速檢測(cè)的要求。 針對(duì)設(shè)計(jì)要求,首先搭建光學(xué)系統(tǒng)平臺(tái),采用閃耀光柵和兩個(gè)球面反射鏡構(gòu)成基于折疊Czenry-Turner結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)光譜測(cè)量的要求,CCD探測(cè)器選用東芝公司的線陣CCD TCD1304DG,它可以一次性接收整個(gè)光譜,并將接收到得光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過高速A/D轉(zhuǎn)換后,數(shù)據(jù)暫存于外部靜態(tài)RAM中,然后由微控制器控制通過USB口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C主機(jī),經(jīng)過處理、分析并繪圖顯示,解決了CCD輸出的大量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)傳輸速度不夠快之間的矛盾。為保證整個(gè)系統(tǒng)時(shí)序的精確性與控制的靈活性,由復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD配合微控制器產(chǎn)生CCD的驅(qū)動(dòng)時(shí)序、AD采樣時(shí)序、存儲(chǔ)電路和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序。CPLD采用硬件編程語言VHDL實(shí)現(xiàn)模塊化編程,并在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境中編譯與仿真。微處理器選用的是STM32F103系列芯片,自帶USB口,完全兼容USB2.0全速傳輸協(xié)議,保證微型光譜儀的數(shù)據(jù)傳輸速度同時(shí),還可以使微型光譜儀利用總線供電、即插即用,達(dá)到了體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的效果,適合野外作業(yè)的目的。
【關(guān)鍵詞】：微型光纖光譜儀 線陣CCD CPLD STM32系列微控制器 USB
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 微型光譜儀的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3 本次設(shè)計(jì)的研究意義14-15
• 1.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容15-16
• 1.5 論文的基本結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案18-28
• 2.1 光譜儀的工作原理及基本結(jié)構(gòu)18-20
• 2.1.1 光源和照明系統(tǒng)18
• 2.1.2 光學(xué)系統(tǒng)18-19
• 2.1.3 接收系統(tǒng)19-20
• 2.2 微型光纖光譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-23
• 2.2.1 光學(xué)系統(tǒng)20-21
• 2.2.2 微型光譜儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)21-23
• 2.3 主要芯片的選擇23-28
• 2.3.1 線陣CCD的選擇23-25
• 2.3.2 AD芯片的選擇25-26
• 2.3.3 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇26-27
• 2.3.4 主控芯片的選擇27-28
• 第三章 基于CCD的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28-45
• 3.1 CCD的工作原理28-31
• 3.1.1 電荷的注入與存儲(chǔ)29
• 3.1.2 電荷的轉(zhuǎn)移29-30
• 3.1.3 電荷的檢測(cè)30-31
• 3.2 CCD采集電路的設(shè)計(jì)31-37
• 3.2.1 TCD1304DG簡(jiǎn)介31-32
• 3.2.2 TCD1304DG基本結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2.3 TCD1304DG的驅(qū)動(dòng)時(shí)序33-35
• 3.2.4 CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)35-37
• 3.3 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)37-38
• 3.3.1 AD8041與OP07芯片簡(jiǎn)介37-38
• 3.3.2 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)38
• 3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)38-42
• 3.5 采集后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-44
• 3.5.1 存儲(chǔ)方案的選擇42-43
• 3.5.2 存儲(chǔ)芯片的介紹及工作模式選擇43-44
• 3.6 DMA電路設(shè)計(jì)44-45
• 第四章 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)45-54
• 4.1 CPLD器件EPM7064AE簡(jiǎn)介45-46
• 4.2 CPLD的開發(fā)環(huán)境46-47
• 4.3 VHDL硬件描述語言簡(jiǎn)介47-48
• 4.4 EPM7064AE驅(qū)動(dòng)時(shí)序的產(chǎn)生48-52
• 4.4.1 2分頻與4分頻模塊的設(shè)計(jì)49-50
• 4.4.2 可預(yù)置數(shù)為1101的4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器50-51
• 4.4.3 13位地址線計(jì)數(shù)器51-52
• 4.5 CCD時(shí)序脈沖的產(chǎn)生52-54
• 第五章 主控單元及數(shù)據(jù)傳輸54-67
• 5.1 STM32F103的簡(jiǎn)介54-57
• 5.1.1 STM32F103C8功能特點(diǎn)55
• 5.1.2 STM32F103軟件開發(fā)平臺(tái)55-56
• 5.1.3 STM32F103C8引腳的分配56-57
• 5.2 系統(tǒng)的整個(gè)控制過程57-59
• 5.3 STM32與PC主機(jī)的USB通信59-61
• 5.4 電路板的設(shè)計(jì)61-63
• 5.5 波長(zhǎng)定標(biāo)63-67
• 5.5.1 波長(zhǎng)定標(biāo)的原理63-64
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)及分析64-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-72
• 6.1 研究成果67-71
• 6.2 本次設(shè)計(jì)存在的不足和未來的研究方向71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 碩士期間發(fā)表的論文77

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