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新型验钞机中半导体激光器温控系统的研究与设计

作　者: 杨勇
导　师: 苏寒松
学　校: 天津大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 验钞机 半导体激光器 温控系统 半导体制冷 FPGA
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


验钞机作为当今社会经济生活中必备的工具应用越来越广泛,随着其他相关先进技术的出现,验钞机也在不断地发展。在这种情况下,激光技术得以应用在验钞机中,而半导体激光器正是此中的关键部件。为保证验钞机正常工作,半导体激光器的工作波长必须保持高度的稳定。通过应用温控系统正可以起到稳定半导体激光器工作波长的重要的作用。近年来,半导体制冷技术的出现引起了半导体激光器温控系统领域内的重视,它以其自身的优点越来越多的被应用于相应的温控系统中,传统的温控系统已逐渐被取代。本文对半导体激光器的温控系统进行了系统的研究,分析了半导体制冷技术原理,提出了比传统温控系统设计更为完善的解决方案。本文从温度变化对半导体激光器产生的影响出发,分析了温控系统对其实际应用的必须性及半导体制冷技术的工作原理,并展望了半导体激光器温控系统的发展方向。在理论分析的基础上,设计出了基于模拟电路与基于FPGA的两种温控系统方案,对基于模拟电路的设计方案介绍了其结构组成和硬件设计原理,对基于FPGA的设计方案则着重介绍了其内部功能模块设计。本文还建立了半导体激光器实验系统,对设计出的基于模拟电路的温控系统进行了实验观察、数据测量和结果分析,对基于FPGA的温控系统设计方案则进行了仿真和结果分析。经过实验及仿真,本文的设计方案都能达到验钞机的工作要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 课题背景  7
  1.2 新型验钞机中半导体激光器温控的必要性  7-8
  1.3 半导体激光器温控技术的发展现状  8-9
  1.4 课题任务与各章节内容安排  9-11
第二章 半导体制冷技术  11-20
  2.1 半导体制冷技术的发展  11-12
  2.2 半导体制冷器结构  12-13
  2.3 半导体制冷原理  13-20
    2.3.1 热电效应的产生  13-18
    2.3.2 热电制冷原理  18-20
第三章 基于模拟电路温控系统的研究与设计  20-32
  3.1 模拟电路温控系统的基本方案  20
  3.2 模拟电路温控系统各部分的设计  20-29
    3.2.1 温度传感器的选择及其传感电路的设计  20-24
    3.2.2 控制电路的设计  24-29
  3.3 模拟电路温控系统的设计  29-32
第四章 基于FPGA温控系统的研究与设计  32-61
  4.1 FPGA与电子设计自动化技术  32-39
    4.1.1 FPGA简介  32-33
    4.1.2 Altera公司FPGA的结构和原理  33-35
    4.1.3 FPGA的设计流程  35-37
    4.1.4 FPGA设计EDA工具  37
    4.1.5 硬件描述语言（HDL）  37-38
    4.1.6 基于FPGA设计系统的特点  38-39
  4.2 基于FPGA温控系统控制模块的设计  39-40
  4.3 基于FPGA温控系统控制模块内部子模块的设计  40-55
    4.3.1 ADC0809 接口模块  40-42
    4.3.2 缓冲存储器（BUFFER）模块  42-44
    4.3.3 通用异步串行收发器（UART）模块  44-50
    4.3.4 LED显示驱动模块  50-51
    4.3.5 脉冲宽度调制（PWM）驱动器模块  51-53
    4.3.6 中央控制模块  53-55
  4.4 基于FPGA温控系统的设计  55-57
  4.5 FPGA设计中需要注意的一些问题  57-61
    4.5.1 时钟设计  57-58
    4.5.2 毛刺信号及其消除  58
    4.5.3 延时设计  58-59
    4.5.4 同步电路设计  59-61
第五章 设计方案测试结果与分析  61-66
  5.1 基于模拟电路的温控系统的测试与分析  61-64
    5.1.1 实验装置  61-62
    5.1.2 实验方法  62
    5.1.3 实验结果及分析  62-64
  5.2 基于FPGA设计的温控系统的仿真与分析  64-66
    5.2.1 仿真原理及方法  64
    5.2.2 仿真结果与分析  64-66
第六章 结束语  66-67
参考文献  67-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 半导体激光器
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