单光子时间分辨成像光谱仪DMD控制系统的研究与设计

发布时间：2020-11-19 06:37

　　 生命科学和纳米科学的快速发展对极弱光学信号的关键物质产生、传递过程提出了越来越高的观测需求。传统的光谱成像技术受到维度和灵敏度的限制,已经远远不能满足研究人员的需求。单光子时间分辨成像光谱仪成为当前科学研究领域急需的高端仪器装备,其创新性的将压缩感知算法和时间分辨技术相结合,能在一次测量过程中同时获取五个维度的信息。本课题设计的数字微镜器件DMD(Digital Micromirror Device)控制系统是单光子时间分辨成像光谱仪的关键部件,构成仪器所需压缩感知模块的关键要素测量矩阵。DMD的任务主要是提供0-1矩阵,即显示的图像是二值的,不需要进行灰度显示,所以必须自行设计硬件平台来控制DMD,实现二值图像在DMD上高速显示,提高DMD显示刷新率,以提升压缩感知的测量速度。首先根据DMD控制系统的功能需求,确定系统整体框架,设计了以Xilinx Virtex-6FPGA为核心处理器的控制系统硬件平台。然后在硬件平台的基础上,定义DMD控制系统的软件结构,研究DDR3 SDRAM用户接口协议以及DMD接口控制方式。利用硬件描述语言Verilog编写各接口控制程序,实现了数据的高速写入与读取。最后在设计的DMD控制板上进行显示验证,显示结果表明该系统能实现DMD高帧频二值图像显示,显示频率最高能达到5KHz,满足仪器的技术指标。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH744.1
【部分图文】：

图２．１?ＤＭＤ观图??

合肥工业大学专业硕士研宄生学位论文??ｉ???｜?￣?—；??ＩＩ?［?ＬＺｉ??．—?ＴＥｘＡｆ：邮－?Ｉ??（ａ）?０．７，，ＸＧＡ?（ｂ）?０．９５”?１０８Ｏｐ??图２．１?ＤＭＤ外观图??Ｆｉｇ２．１?ＤＭＤ?ｏｕｔｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ??Ｕ不同的是，ＤＭＤ芯片内核里面并不是刻蚀电路而是海芯片中，微反射镜是其最小的工作单位，也是影响其性能覆盖了一整块高透光率，高硬度的光学玻璃来保护内部脆所示。??Ｄｕｓｔ?Ｇａｓｋｅｔ?ｏｒ???—?Ｄａｔｕｒｒ?Ｂ?Ｓｅｃｏｎａａｒｙ??

麥蹲Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?Ａｒｅａ??Ｅｌｅｃｔｎｏａｌ?Ｐｉｎｓ??图２．３?ＤＭＤ背面图??Ｆｉｇ２．３?ＤＭＤ?ｒｅａｒ?ｖｉｅｗ??ＤＭＤ是将微镜阵列与ＣＭＯＳ?ＳＲＡＭ集成在同一块芯片上的装置，相当于是??光机械和电子机械元素的一种独特结合［２（）］。从电气特性上来看，在每个微镜的下??方是一个由双ＣＭＯＳ存储元件形成的存储单元，如图２．４所示。两个存储元件的??状态始终互补，如果一个存储元件为逻辑１，则另一个存储元件为逻辑０，反之亦??然，像素存储单元的状态对于微镜的机械位置是有影响的，改变存储单元内容并??不会自动地改变微镜的机械状态［２１］。??图２．４双ＣＭＯＳ像素存储器??Ｆｉｇ２．４?Ｄｕａｌ?ＣＭＯＳ?ｐｉｘｅｌ?ｍｅｍｏｒｙ??从机械的角度而言，像素是微镜面经由一个过孔连接至暗藏在下方的扭转铰??链组成的［２２］。如图２．５中所示，微镜面的下端可与弹片接触。该图显示的是一个处??于未通电状态的微镜
【参考文献】

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本文编号：2889835