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基于FPGA和单片机的CCD数据采集与处理

作 者: 廖伟
导 师: 赵斌
学 校: 华中科技大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电荷耦合器件(CCD) 激光三角测量 现场可编程逻辑器件(FPGA) 单片机(MCU)
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 892次
引 用: 2次
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内容摘要


CCD(电荷耦合器件)是一种性能独特的半导体光电器件,将CCD技术应用于位移、厚度等几何量测量,可以实现高精度、在线动态检测和非接触测量等要求。在应用CCD作传感器的测量系统中,需要配备CCD驱动电路、数据采集电路、数据处理电路等。因此,如何设计CCD正常工作所需的外围电路是我们需要认真考虑的一个问题。本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array)和单片机技术结合的方法实现CCD的数据采集与处理。将FPGA和单片机技术结合起来实现CCD数据采集和处理,解决了以往智能仪器中采用51单片机作为底层处理器存在的数据处理能力弱,速度慢以及实时性不强的问题。本设计充分发挥了FPGA和单片机结构灵活,通用性好,利于模块化设计,缩短开发周期,系统易于维护和扩展的优点。本文以激光三角法为理论基础,以CCD为传感器,结合单片机和FPGA技术,研制了测量微位移和物体厚度的测量系统。利用FPGA设计了两路CCD的驱动电路和数据采集与处理电路;利用单片机设计了按键、液晶等控制和显示电路。整个系统结构简单化、体积小型化、功能多样化。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 问题的提出  8-9
  1.2 本课题的目的、意义  9-10
  1.3 本文的主要工作  10-11
2 CCD 基本原理、特性及应用  11-21
  2.1 CCD 的发展  11
  2.2 CCD 基本原理  11-14
  2.3 CCD 的主要特性  14-15
  2.4 CCD 技术的应用  15-16
  2.5 CCD 在激光三角测量中的应用  16-20
  2.6 本章小结  20-21
3 双通道CCD 数据采集与处理系统  21-30
  3.1 双通道CCD 传感器的测厚原理  21-22
  3.2 系统的总体设计  22-23
  3.3 CCD 输出信号的处理  23-28
  3.4 本章小结  28-30
4 CCD 数据采集与处理系统FPGA 设计  30-55
  4.1 FPGA 技术简介  30-35
  4.2 FPGA 外部硬件电路  35-41
  4.3 FPGA 内部电路的具体实现  41-42
  4.4 CCD 驱动电路模块  42-48
  4.5 控制逻辑模块  48-49
  4.6 运算电路模块  49-52
  4.7 存储器模块  52-53
  4.8 FPGA 与单片机的接口模块  53-54
  4.9 本章小结  54-55
5 单片机电路及软件设计  55-66
  5.1 液晶显示模块结构设计  56-59
  5.2 键盘输入模块设计  59-61
  5.3 EEPROM 的接口设计  61-62
  5.4 单片机与上位机的通信接口  62-64
  5.5 软件设计  64-65
  5.6 本章小节  65-66
6 全文总结与展望  66-68
  6.1 全文总结  66
  6.2 展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
附录1 基于FPGA 的双通道CCD 数据采集与处理电路(带有两路CCD 驱动电路)  72-73
附录2 单片机控制与显示电路  73-74
附录3 基于FPGA+单片机的双通道数据采集电路  74-75
附录4 测量结果显示  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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