基于FPGA与STM32的多通道CCD光谱采集系统设计

发布时间：2025-01-17 17:18

　　 针对特定的多通道光谱采集要求,设计一套使用线阵CCD TCD1304的多通道光谱采集电路系统。该系统以STM32F407为主控芯片,由多通道16位精度的ADS8555芯片完成对CCD输出信号的A/D模数转换,采用FPGA(现场可编程门阵列)完成CCD时序与A/D模数转换时序驱动,最终通过串口与上位机进行通信,实时显示采集光谱数据。实验测试结果表明,在同等噪声水平下,CCD的积分时间为1s,以四通道采集进行有效性验证,该系统实现了四通道的光谱采集及数据传输,达到了预期设计要求。基于FPGA与STM32的光谱采集系统不仅具有良好的驱动CCD工作能力,而且具有较好的光谱采集效果,精度高、数据传输量大,可拓展到其它型号的CCD,具有较高的应用价值。

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【部分图文】：

图1 系统结构

在应用到多通道CCD时，FPGA输出时序可经过分线器输出多路CCD驱动时序，本系统使用4路CCD驱动时序同时工作，A/D模数转换的同时采集4通道CCD的输出数据。最终经过STM32的DMA(DirectionalMemoryAccess，直接内存访问）触发接收到的4路采集数据....

图2 CCD工作驱动时序

系统采用TOSHIBA公司的TCD1304DG线阵CCD传感器。该型号CCD具有灵敏度高、暗电流低的优点，具有3648个像素，需要3路驱动控制信号ΦM、ICG、SH，其中ΦM为主时钟脉冲信号，ICG是积分控制信号，SH是转移栅信号[14]。CCD有两种驱动模式：(1)一个CCD采....

图3 TCD1304驱动时序

为使CCD正常输出采集信号，应保证FPGA输入正确的CCD驱动时序。本设计中的TCD1304DG有较为严格的驱动时序：ICG下降沿要求比SH上升沿至少提前100ns，以保证在电荷转移之前光敏元件和模拟移位寄存器能够导通，使光敏元件接收到光强信号而产生的光生电子全部进入模拟移位寄存....

图4 AD并行读数时序

系统采用TexasInstruments公司的ADS8555模数转换AD芯片，该型AD支持6通道采样，16bit高精度，高速采集低功耗，并且有串行和并行两种输出工作模式。对于并行输出模式只需两种时序就可使其工作，分别是转换选通时序CONVST＿X和读出时序RD，如图4所示。其中....

本文编号：4028313