CCD光电信号数据采集系统与上位机应用软件设计

论文摘要

自1969年美国贝尔实验室提出CCD （Charge Coupled Device）电耦合器件的概念,经过40多年的发展,CCD技术及其应用取得了长足的进步,尤其是在图像传感和非接触式测量领域发展尤为迅速。随着高速铁路的普及,CCD光电检测技术以其高精度、高速率和非接触式测量等优点为高铁的运营提供可靠、安全的保障。本研究课题着眼于实际需求,设计了一种可应用于CCD光电检测系统的高速模数转换电路。模数转换电路以8MHz的频率对CCD传感器产生的两路4MHz的模拟信号进行模数转换,并输出12位的数字信号。本文主要内容包括：介绍了由CCD驱动模块、差分放大模块、模数转换（Analog To Digital Converter ADC）模块、CPLD （Complex Programmable Logic Device）可编程模块、FIFO （First Input First Output）高速缓存模块和USB2.0控制传输模块等功能模块构成的CCD光电测量硬件系统。重点介绍了由差分放大模块、ADC模块.CPLD可编程模块和FIFO高速缓存模块构成的信号采集系统的设计。在Protel 99se软件环境下,完成了硬件电路PCB板图的设计。基于QuartusⅡ设计了CPLD内部模块程序,实现模数转换芯片THS12082工作模式的配置,并对两路信号以8MHz的频率进行转换,同时完成高速先入先出FIFO芯片主复位的设置,包括选择工作模式、总线宽度和数据存储方式等。利用Visual C++6.0平台,完成了上位机应用软件的设计。上位机应用软件调用CyAPI库函数,实现了对硬件系统的控制,测量数据的采集、传输、存储和波形显示功能。搭建了相应的测试系统,完成了系统的调试。实验测试证明,本系统能够对两路光电信号以8MHz的频率进行模数转换,并将每次测量数据缓存在FIFO中,通过USB接口将测量数据传输至PC机分析存储,显示虚拟波形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和目的
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容及安排
• 第二章 系统硬件设计
• 2.1 设计目标
• 2.2 系统总体设计
• 2.2.1 模块功能介绍
• 2.3 器件型号选择
• 2.4 差分放大和ADC模数转换电路设计
• 2.4.1 差分放大电路设计
• 2.4.2 ADC模数转换电路设计
• 2.5 CPLD时序和逻辑控制电路设计
• 2.6 高速FIFO缓存电路设计
• 2.7 系统电源设计
• 第三章 系统软件设计
• 3.1 系统软件概述
• 3.2 CPLD模块程序设计
• 3.2.1 ADC驱动程序设计
• 3.2.2 FIFO驱动程序设计
• 3.3 应用软件设计
• 3.3.1 应用软件的功能简介
• 3.3.2 应用软件与驱动程序的通信
• 3.3.3 应用软件的功能实现
• 第四章 系统测试与结果分析
• 4.1 硬件测试
• 4.1.1 差分放大电路测试
• 4.1.2 模数转换ADC电路测试
• 4.1.3 高速FIFO缓存电路测试
• 4.2 软件调试与结果分析
• 4.2.1 CPLD模块程序调试
• 4.2.2 应用软件测试及结果分析
• 结论与展望
• 附录
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果