基于ARM7的光谱采集系统的设计

发布时间：2017-08-25 08:31

  本文关键词：基于ARM7的光谱采集系统的设计

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【摘要】：近几十年来,光谱分析技术以及光谱分析仪器日益成为工业发展、学术研究等多领域不可或缺的精密测试工具。随着计算机与电子器件的高速发展与普及,传统的模拟信号光谱分析仪器已经难以满足人们日益提高的对数据的精度要求及效率要求,故目前光谱仪器的一大发展方向便是精确、快捷。本课题所述光谱采集系统光电传感器采用线阵CCD及配套光学前端系统,通过ARM7电路采集硬件与上位PC机进行通信,利用USB2.0的DMA数据传输方式,设计并实现了一款实时高效的可见光光谱数据测试采集系统。本文主要从三个部分对本采集系统进行阐述。第一部分是硬件电路部分,主控制器采用LPC2138,通过该芯片实现对线阵CCD芯片ILX554B与高速AD转换芯片AD9826的时序驱动,再通过USB2.0控制芯片ISP1581与上位PC机实现数据传输的功能。硬件部分的内容包括:CCD驱动电路、A/D转换电路、主控电路、USB控制电路、电源电路、复位电路等硬件电路的设计、相应时序以及固件程序设计。第二部分是软件设计部分,主要包含硬件设备的驱动程序设计与上位机应用分析软件的设计,实现图形化界面操作并能实时采集绘制所采集到的光谱曲线。电路在程序控制下能够正常的工作,CCD可由采集电路进行驱动并正常采集光谱数据,整个设备能够正确的采集到CCD输出的光谱信号并完成与上位机的高效信息传输,上位机应用程序正常接收与显示光谱曲线的同时还能实现对光谱曲线的定标和降噪等处理,即本文的第三部分数据处理及测试。本文所述的光谱测试系统经过实际工作测试,能够稳定工作,相比于传统光谱分析仪器,其在数据传输效率、精确度、功耗、扩展性上均具有较大的优势,可测波长范围达到353.47nm到795.37nm,能够满足可见光的采集需求及误差范围。除此之外,本系统设计过程中对电路与光学前端都保持了足够的微型化、高性价比需求,故设备在体积上及成本上相对传统光谱仪均具有较为明显的优势。
【关键词】：USB2.0 线阵CCD ARM7 数据采集
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O433.4;TH744.1
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 光源光谱测试系统的研究意义及发展现状10-13
• 1.3 本论文的主要工作13-14
• 第二章 系统光学部分原理及相关理论14-20
• 2.1 光学系统的工作原理14-15
• 2.2 CCD图像传感器15
• 2.3 CCD基础结构15-16
• 2.4 线阵CCD的工作原理16-20
• 第三章 USB总线技术概述20-26
• 3.1 USB总线特点20-21
• 3.2 USB总线结构21-23
• 3.2.1 USB的总线拓扑21-22
• 3.2.2 USB主机22
• 3.2.3 USB设备22-23
• 3.2.4 USB连接23
• 3.3 USB的数据传输23-26
• 3.3.1 USB数据传输模式24-26
• 第四章 光源光谱测试系统的硬件设计方案26-57
• 4.1 系统CCD芯片的选择26-32
• 4.1.1 ILX554B27-32
• 4.2 系统微处理器选取32-35
• 4.2.1 ARM概述32-33
• 4.2.2 ARM7TDMI-S微控制器33
• 4.2.3 LPC213833-35
• 4.3 A/D转换模块设计35-43
• 4.3.1 A/D芯片选择36
• 4.3.2 AD9826驱动时序设计36-39
• 4.3.3 数字信号接收模块设计39-40
• 4.3.4 A/D转换电路设计40-41
• 4.3.5 A/D转换模块与LPC2138接口设计41-42
• 4.3.6 A/D转换模块正确性校验42-43
• 4.4 USB接口模块43-45
• 4.5 电源设计45-46
• 4.5.1 LPC2138、AD9826以及ISP1581的电源设计45-46
• 4.5.2 ILX554B的电源设计46
• 4.6 复位电路设计46-47
• 4.7 PCB设计47-49
• 4.8 固件的编程49-57
• 4.8.1 Kernel.c50
• 4.8.2 Init.c50-51
• 4.8.3 Isr.c51-52
• 4.8.4 Chap9.c52-57
• 第五章 光源光谱测试系统的软件设计方案57-72
• 5.1 设备驱动程序57-63
• 5.1.1 WDM驱动程序模型概述57-59
• 5.1.2 WDM编译环境59
• 5.1.3 数据采集系统驱动程序设计59-62
• 5.1.4 数据采集系统驱动程序安装62-63
• 5.2 应用程序63-72
• 5.2.1 应用程序的开发环境65-66
• 5.2.2 USB设备的启动66-70
• 5.2.3 应用程序界面设计70-72
• 第六章 光谱采集数据处理及分析72-84
• 6.1 系统噪声处理72-73
• 6.2 光谱曲线的波长定标73-78
• 6.3 光谱曲线的响应定标78-79
• 6.4 系统性能分析79-80
• 6.4.1 像素分辨率79-80
• 6.4.2 波长准确度及重复性80
• 6.5 系统测试80-82
• 6.6 系统误差分析82-84
• 第七章 结论84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱丽;陈钟荣;张秀再;;基于VC的USB接口通信程序设计[J];电子工程师;2008年03期

2 卢小清;付利平;王永松;;基于CPLD、USB2.0和CCD的数字图像采集系统[J];科学技术与工程;2007年18期

3 李强;马永光;林永君;;基于USB 2.0的双通道数据采集系统研究[J];微计算机信息;2007年17期

4 李永明;张志伟;;微小型光谱仪在激光波长测量中的应用[J];现代科学仪器;2007年03期

5 顿雁兵;张海南;;基于LPC2210的嵌入式以太网接口芯片设计[J];科学技术与工程;2007年06期

6 马忠钰;魏学业;汪小亮;;大容量机车信号记录仪的USB 2.0接口的实现[J];铁路计算机应用;2006年10期

7 周坤;王庆有;罗韬;;基于USB总线的线阵CCD数据采集系统[J];电子测量技术;2006年03期

8 王传珂;刘慎业;王哲斌;彭晓世;况龙钰;蒋刚;;光学多道谱仪和CCD组合系统的效率曲线标定[J];光电子技术与信息;2006年02期

9 肖莺,胡新和,杨博雄;线阵CCD数据采集系统的USB接口设计[J];咸宁学院学报;2005年03期

10 刘俊涛,原亮;WDM模式下USB设备驱动程序的设计[J];计算机工程与设计;2003年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 陶冶;光源光谱测试系统的设计[D];电子科技大学;2015年

2 肖瀚;基于光栅色散的微小型CCD光谱仪的设计与研究[D];北京邮电大学;2013年

3 陈大勇;基于CCD的光学图像采集处理研究[D];电子科技大学;2010年

4 余钱平;基于线阵CCD的微型光谱仪的设计[D];湖南大学;2010年

5 王栋;基于USB的数据采集系统设计[D];苏州大学;2009年

6 张全士;USB接口驱动程序的设计与开发[D];电子科技大学;2009年

7 王裕;基于USB2.0的数据采集与信号处理[D];南京理工大学;2007年

8 李海英;基于USB总线的微型光谱仪数据采集系统研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

9 朱若波;微型光谱仪及其软件系统的研究[D];浙江大学;2006年

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本文编号：736074