發(fā)布時(shí)間：2017-10-04 05:32

  本文關(guān)鍵詞：線形CCD光譜儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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【摘要】：電荷耦合器件(CCD)自產(chǎn)生以來的40多年里,其應(yīng)用價(jià)值與日俱增,已經(jīng)深入到傳統(tǒng)攝像、光譜分析儀以及航空航天探測(cè)等領(lǐng)域。CCD一個(gè)很重要的應(yīng)用就是運(yùn)用在光譜分析儀器中,光譜分析儀器屬于光學(xué)儀器的一種,它可以測(cè)量光輻射的強(qiáng)度、頻率以及光譜的變化規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,光譜儀技術(shù)也取得了很大的發(fā)展�，F(xiàn)代光譜儀朝著小型化,自動(dòng)化,智能化,高精度和快速檢測(cè)的方向發(fā)展,低廉的價(jià)格使得它得到了越來越廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、質(zhì)譜分析、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。 近年來,國內(nèi)外都對(duì)光譜儀的研制做了大量的工作,國內(nèi)光譜儀與國外的相比還存在一定的差距；國內(nèi)光譜儀通用性差、信噪比低、精度不高、體積龐大、成本高昂,尤其在精確測(cè)量領(lǐng)域,對(duì)同步延時(shí)的精度非常高,要求在ns級(jí)別。如果精度不夠高,就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確,得不到有效數(shù)據(jù)。這一系列問題都制約了其在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和精確測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用,為了提高光譜儀的測(cè)量精度和實(shí)現(xiàn)微型設(shè)計(jì),分別使用FPGA和STM32單片機(jī)作為控制器實(shí)現(xiàn)光譜儀設(shè)計(jì)。 由于FPGA并行處理的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)很高的延時(shí)精度和數(shù)據(jù)處理速度,這種方案的特點(diǎn)是靈活性強(qiáng)、延時(shí)精度高、實(shí)時(shí)顯示。但FPGA工作需要基本的配置電路和外圍芯片,使得電路板的尺寸不能做到微型化,成本相對(duì)較高。 STM32單片機(jī)內(nèi)部集成了ADC、USB、定時(shí)器等功能,能夠?qū)崿F(xiàn)采集傳輸?shù)囊?滿足了微型化的設(shè)計(jì)目的。這種方案具有成本低、使用靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小但由于單片機(jī)的串行處理和時(shí)鐘的限制,同步延時(shí)控制精度不能做的太高。 驅(qū)動(dòng)電路是CCD光譜儀設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn),驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)處理的流程如下,從CCD得到的電信號(hào)經(jīng)過前端處理到達(dá)主控板,在主控板上進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換,把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)可以通過通用接口傳到上位機(jī),考慮到如今USB接口的通用性,本文主要采用USB2.0接口作為數(shù)據(jù)上傳接口。在Windows7系統(tǒng)Visual Studio2010環(huán)境下利用C語言和C++混合編程,再結(jié)合Teechart和MFC,開發(fā)了上位機(jī)控制界面,對(duì)下位機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理。經(jīng)過測(cè)試,線性CCD光譜儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo),部分參數(shù)領(lǐng)先同類產(chǎn)品。 本論文主要工作如下： 1.設(shè)計(jì)了基于FPGA和STM32的線性CCD光譜儀的硬件電路。 2.完成FPGA邏輯以及STM32程序的編寫。 3.完成了上位機(jī)采集軟件的編寫。
【關(guān)鍵詞】：CCD 光譜儀 FPGA STM32 C語言
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 研究的背景11-13
• 1.2 CCD光譜儀13-18
• 1.2.1 光學(xué)系統(tǒng)13-14
• 1.2.2 CCD簡(jiǎn)介14-18
• 1.3 論文的主要工作18-19
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)19-20
• 1.5 本章總結(jié)20-21
• 第二章 基于FPGA的線性CCD光譜儀的設(shè)計(jì)21-39
• 2.1 整體設(shè)計(jì)21-22
• 2.2 硬件設(shè)計(jì)22-26
• 2.2.1 前端板設(shè)計(jì)23-24
• 2.2.2 ADC部分24
• 2.2.3 FPGA及其配置電路24-25
• 2.2.4 甄別器和USB25-26
• 2.3 邏輯設(shè)計(jì)26-36
• 2.3.1 同步延時(shí)觸發(fā)28-29
• 2.3.2 USB通信邏輯29-30
• 2.3.3 CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序30-33
• 2.3.4 ADC采集驅(qū)動(dòng)33-36
• 2.4 測(cè)試結(jié)果36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 基于STM32的線陣CCD光譜儀的設(shè)計(jì)39-52
• 3.1 STM32簡(jiǎn)介39-40
• 3.2 整體設(shè)計(jì)40
• 3.3 硬件設(shè)計(jì)40-42
• 3.3.1 前端板設(shè)計(jì)40-41
• 3.3.2 STM32主控硬件板設(shè)計(jì)41-42
• 3.4 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)42-50
• 3.4.1 ADC和DMA42-43
• 3.4.2 CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序43-45
• 3.4.3 USB通信程序45-50
• 3.5 測(cè)試結(jié)果50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第四章 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)52-57
• 4.1 基于C++和LabVIEW的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計(jì)52-53
• 4.2 C++編寫的MFC界面53-55
• 4.2.1 CCD數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)53-54
• 4.2.2 多任務(wù)設(shè)計(jì)54-55
• 4.2.3 用戶界面設(shè)計(jì)55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-61
• 致謝61-62
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果62

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 姬先舉;溫志渝;;基于CPLD的光積分時(shí)間可調(diào)線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2006年05期

2 唐偉;于平;李崢輝;;STM32F103x的USB多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2009年08期

3 朱玲,武玉強(qiáng),張啟宇;TeeChart實(shí)現(xiàn)工控領(lǐng)域的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的方法[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2005年08期

4 田明;徐平;黃國輝;姜周曙;;基于STM32和μC/OS-Ⅱ的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];機(jī)電工程;2012年04期

5 孔慶善;宋克非;王淑榮;;基于FPGA的面陣CCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2008年23期

6 陳少杰;唐玉國;巴音賀希格;李延超;于宏柱;崔繼承;;高速便攜式近紅外光柵光譜儀光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué);2009年04期

7 江健銘;谷玉海;徐小力;哈亮;;基于FPGA的小型光纖光譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2012年09期

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本文編號(hào)：968924