串行通信模式线阵CCD驱动电子系统研究及其应用

发布时间：2017-09-21 12:41

  本文关键词：串行通信模式线阵CCD驱动电子系统研究及其应用

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【摘要】：线阵CCD在光电检测技术领域有着广泛的应用,CCD可将光信号直接转换成模拟电信号。本文研究通过利用FPGA大规模并行处理特性,实现对线阵CCD采集系统各个模块控制与协调,可完成线阵CCD对光信号采集。将采集数据通过RS-232串口输出,便于系统的二次开发。本文研究了线阵CCD对光信号的采集系统,将系统分为下位机和上位机两部分。下位机包含线阵CCD的驱动、线阵CCD对光信号采集、采集信号的模数转换、使用FIFO对数据进行缓存以及串口传输等主要内容。上位机包含数据发送与接收和数据处理与存储等主要内容。在下位机硬件系统方面,以FPGA和线阵CCD为核心,加入A/D转换器、放大器等相关器件完成下位机硬件系统。本文中FPGA选用Altera公司Cyclone IV FPGA系列中的EP4CE15F17C8芯片,该芯片具有可靠性强,资源丰富等特点,性能满足设计需求。线阵CCD选用日本东芝公司TCD1304DG图像采集芯片。通信模式选择RS-232串口通信协议,RS-232串口通信具有应用范围广泛和编程容易等特点。在上位机软件系统方面,通过使用LabVIEW作为开发平台,该软件开发平台特别适用于数据采集和通信处理系统。本文上位机软件系统通过调用LabVIEW开发平台中VISA库实现RS-232串口通信。上位机软件系统实现将串口接收到的采集数据进行显示和傅里叶变换,并将采集数据以excel格式存储。上位机软件系统验证了线阵CCD采集数据通过串口输出的准确性和可靠性。最后,本文讨论了迈克尔逊干涉仪光路系统搭建及使用本文设计的线阵CCD采集系统对干涉条纹进行采集和数据处理。通过该测试实验,测试了线阵CCD采集系统的性能指标,并对系统误差进行了分析。
【关键词】：线阵CCD 串口通信 FPGA LabVIEW 干涉条纹采集
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及依据10
• 1.2 CCD基本构成及发展现状10-12
• 1.2.1 CCD基本构成10-11
• 1.2.2 CCD发展现状11-12
• 1.3 核心处理器及通信模式选择12-13
• 1.3.1 核心处理器选择12
• 1.3.2 通信模式选择12-13
• 1.4 本课题主要研究内容13-14
• 1.4.1 测试光路设计13-14
• 1.4.2 电路研究内容14
• 1.4.3 系统软件研究内容14
• 1.4.4 系统测试实验14
• 1.5 本章小结14-16
• 第2章 方案设计16-24
• 2.1 下位机电路相关设备特性分析16-21
• 2.1.1 线阵CCD特性分析16-19
• 2.1.1.1 线阵CCD电气特性分析16-18
• 2.1.1.2 线阵CCD光学特性分析18-19
• 2.1.2 模数转换器分析19-20
• 2.1.3 核心处理器特性分析20
• 2.1.4 下位机电路系统方案20-21
• 2.2 软件程序方案分析21-22
• 2.2.1 下位机程序方案分析21-22
• 2.2.2 上位机软件方案分析22
• 2.3 总体方案设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 硬件电路设计24-36
• 3.1 FPGA核心模块电路24-29
• 3.1.1 电源26-27
• 3.1.2 外部时钟和复位电路27
• 3.1.3 下载电路27-28
• 3.1.4 外部存储芯片28-29
• 3.2 线阵CCD模块电路29-34
• 3.2.1 线阵CCD模块电路电源设计30-31
• 3.2.2 线阵CCD外围电路设计31
• 3.2.3 A/D模块电路设计31-33
• 3.2.4 数据接口电路33-34
• 3.3 数据转接模块电路34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 软件程序设计36-52
• 4.1 硬件电路驱动程序软件36-45
• 4.1.1 时钟模块37
• 4.1.2 线阵CCD模块程序37-38
• 4.1.3 A/D模块驱动程序38-39
• 4.1.4 FIFO程序39-40
• 4.1.5 串口通信模块程序40-45
• 4.1.5.1 波特率定时模块41-42
• 4.1.5.2 串口通信接收部分42-44
• 4.1.5.3 串口通信发送部分44-45
• 4.2 上位机软件45-50
• 4.2.1 通信模块46-47
• 4.2.2 数据处理模块47-48
• 4.2.3 交互功能及界面48-49
• 4.2.4 软件整体流程49-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 系统测试及数据52-64
• 5.1 普通光信号采集系统测试52-54
• 5.2 迈克尔逊干涉光路系统测试54-62
• 5.2.1 测试光路设计及搭建54-55
• 5.2.2 测试原理分析55-57
• 5.2.3 电信号系统测试数据分析57-60
• 5.2.4 光信号系统测试数据分析60-62
• 5.3 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果70-72
• 致谢72

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本文编号：894585