基于USB总线的微型光谱仪数据采集系统研究

发布时间：2017-03-19 06:05

  本文关键词：基于USB总线的微型光谱仪数据采集系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 光谱仪器是一种分析物质化学组成及其含量的光学分析仪器,广泛应用于物理、化学、生物医学及工农业生产、国防等各个科学技术领域。随着科学技术的发展及科学领域的扩大,光谱仪的微小型化及实现快速、实时、现场检测已成为一个重要的发展趋势。数据采集与传输系统是微型光谱仪的一个重要组成部分,是实现上述要求的关键技术之一。 目前多数传统光谱仪的数据采集与传输方式在速度、微小型化和使用便捷化方面已不能满足要求,从而限制微型光谱仪的广泛应用。本文在研究CCD和USB原理的基础上,开发出一种基于CCD和USB总线的微型光谱仪的数据采集与传输系统,能够实现光谱仪的微小型化和使用便捷化,同时还达到了实时快速检测的要求。 本文研究的主要内容包括以下四部分: (1)调研了国内外微型光谱仪的发展现状,分析了数据采集与传输系统的应用技术,提出了微型光谱仪的数据采集和传输系统的设计方案。 (2)研究了微型光谱仪的基本结构。根据光谱仪的基本原理和特性,提出了用于荧光检测的微型光谱仪的结构设计。具体分析了光源、光纤探头、光学系统等分系统结构,同时,利用CCD和USB,构建了数据采集与传输系统。 (3)研究CCD在光谱分析领域的应用。采用型号为TCD1208AP的线阵CCD芯片作为光电转换器件,设计了光谱采集系统的CCD前端放大电路、A/D转换电路和缓存电路,经验证此采集系统满足微型光谱仪对光谱数据处理的要求。 (4)在研究PCI总线、RS232等常用的计算机接口的特点的基础上,提出了将一种将USB2.0技术应用于微型光谱仪数据采集系统的设计方案。依据所选USB2.0接口芯片CY7C68013A的性能和系统要求,绘制了具体的硬件设计电路图,编写了固件程序和驱动程序,实现了USB设备枚举与数据传输的功能,定义了应用程序的基本功能。利用USB传输接口,加快了微型光谱仪信号传输速度,使微型光谱仪可以利用总线供电、即插即用,达到了体积小、重量轻、结构紧凑,适合野外作业的目的。
【关键词】：微型光谱仪 线阵CCD USB 数据采集
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH744.1;TP274.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 微型光谱仪的发展现状10-12
• 1.3 光谱分析中数据采集和传输系统的研究现状12-16
• 1.3.1 国外发展现状12-15
• 1.3.2 国内发展现状15-16
• 1.4 本论文的研究意义和主要工作16-17
• 1.4.1 研究意义16
• 1.4.2 本论文主要内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 微型光谱仪的原理及系统设计18-26
• 2.1 光谱仪原理及基本结构18-21
• 2.1.1 光源和照明系统18
• 2.1.2 光学系统18-19
• 2.1.3 接收系统19
• 2.1.4 光谱仪的基本特性参数19-21
• 2.2 微型光谱仪系统设计21-25
• 2.2.1 光源和光纤探头22-23
• 2.2.2 光学系统23-24
• 2.2.3 光谱信号采集与传输系统24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于CCD的数据采集系统26-43
• 3.1 CCD 原理及光谱特性26-30
• 3.1.1 CCD 原理及输出信号特点26-28
• 3.1.2 CCD 在光谱分析中的特征参数28-29
• 3.1.3 CCD 在光谱分析中的应用表现29-30
• 3.2 CCD 采集电路30-35
• 3.2.1 CCD 芯片选择原则31-32
• 3.2.2 CCD 芯片特点32-33
• 3.2.3 CCD 前端处理电路33-35
• 3.3 A/D 转换的选择与应用35-39
• 3.3.1 参数选择35-36
• 3.3.2 芯片AD9243 介绍和结构分析36
• 3.3.3 芯片AD9243 的特性及应用问题36-38
• 3.3.4 芯片AD9243 的时序分析和数字输出38-39
• 3.4 缓存电路与芯片介绍39-42
• 3.4.1 FIFO 芯片概述40-41
• 3.4.2 与A/D 的连接电路41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 基于USB 总线的传输系统43-67
• 4.1 USB2.0 接口介绍43-44
• 4.1.1 USB2.0 接口特点43
• 4.1.2 USB2.0 接口与其他接口比较43-44
• 4.2 USB2.0 协议介绍44-48
• 4.2.1 USB2.0 系统的连接44-45
• 4.2.2 USB2.0 的主机和设备45
• 4.2.3 电气特性45-46
• 4.2.4 数据传输46-48
• 4.3 USB 芯片的选择及FX2 简介48-51
• 4.4 USB 连接方式的选择51-53
• 4.5 电源处理与其他几处连接电路53-55
• 4.6 固件程序设计55-63
• 4.6.1 固件程序框架55-59
• 4.6.2 描述表59-60
• 4.6.3 主要功能函数60-63
• 4.7 驱动程序及应用程序设计63-64
• 4.8 系统调试结果64-66
• 4.9 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 王进鑫;高速高精度分光光谱测色头控制系统设计[D];西安电子科技大学;2010年

2 朱晟伟;高灵敏度光电探测器光谱采集关键问题研究[D];华东师范大学;2011年

3 马冉冉;多控制器协调驱动设计及在光谱仪中的应用[D];天津理工大学;2012年

4 王绍颖;基于USB的数据采集系统设计[D];长春理工大学;2007年

5 章志敏;激光诱导叶绿素荧光接收传感器的研究[D];吉林大学;2009年

6 吴凤兰;小型瞬态光谱仪的软件设计[D];东北师范大学;2009年

7 胡天林;基于USB总线的紫外分光光度计数据采集及处理系统设计[D];厦门大学;2009年

8 汪洋;基于FPGA的优质西瓜子检测系统[D];安徽大学;2012年

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本文编号：255616