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无线智能光笔式坐标测量机的硬件电路设计

作　者: 邢科斌
导　师: 刘书桂
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 三坐标测量机 光笔式 TMS320DM642 无线传输 TLC5923
分类号: TH721
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文所研究的对象是基于智能相机和无线传输技术的光笔式三坐标测量机,着重介绍其硬件实现方法。目前,市场上的光笔三坐标测量机都是PC-Based系统,其图像处理程序和算法程序均在计算机中完成,相机只是负责采集图像和对图像进行简单的处理后上传给计算机。然而,本论文所研究的光笔式坐标测量机利用智能相机集图像采集、图像处理及算法计算于一体的特点,代替一般工业相机只能采集图像的单一功能,成为整个测量机的核心。另外,对现有的光笔系统进行了改进设计。总之,改进后的光笔式三坐标测量机很大程度上提高了整个测量机的灵活性和便携性以及现场测量效率。本论文主要分析了国内外现有光笔式坐标测量机的优缺点,并在两方面对现有系统进行了改进设计:一、无线可调光笔系统的设计;二、智能相机系统的设计。论文所做的主要工作有以下几个方面:1.分析了光笔式坐标测量机的结构组成及测量原理,针对现有系统的不足,提出了改进方案;2.对比分析多套设计方案后,确定了光笔式坐标测量机系统可调光笔和智能相机的实现方案;3.设计了基于LED恒流驱动器TLC5923的可调光笔系统和基于DSP处理器TMS320DM642的智能相机系统的硬件电路;4.与无线模块nRF24E1相结合,构建了测量机系统无线和有线两种数据传输方式,完成了光笔、智能相机及计算机三者之间无线传输通道的硬件设计。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 课题背景介绍  8-13
    1.1.1 三坐标测量机简介  8-9
    1.1.2 光笔式三坐标测量机国内外的发展及现状  9-13
  1.2 智能无线光笔式坐标测量机系统的特点及优势  13-14
  1.3 主要研究内容及工作  14-15
第二章 无线可调光笔系统的设计  15-19
  2.1 现有光笔系统  15-16
  2.2 光笔系统的改进设计  16-19
第三章 智能相机系统整体设计  19-31
  3.1 智能相机简介  19-20
  3.2 图像传感器选型  20-22
    3.2.1 CCD 和CMOS 图像传感器对比分析  20-21
    3.2.2 图像传感器MT9M001C12STM 介绍  21-22
  3.3 智能相机处理器选型  22-23
  3.4 TMS320DM642 介绍  23-29
    3.4.1 DM642 的CPU 结构  24-25
    3.4.2 DM642 的Cache 结构  25-26
    3.4.3 DM642 可编程视频口  26
    3.4.4 外部存储器接口EMIFA  26-28
    3.4.5 增强的DMA 控制器（EDMA）  28-29
  3.5 智能相机系统总体设计方案  29-31
第四章 智能相机系统硬件电路设计  31-66
  4.1 电源及复位电路设计  31-38
    4.1.1 系统电压需求分析  31-33
    4.1.2 TPS54310 芯片应用  33-36
    4.1.3 TPS767D325 芯片的应用  36-37
    4.1.4 电源监视和复位电路设计  37-38
  4.2 系统时钟与PLL 电源设计  38-39
    4.2.1 PLL 电源设计  39
    4.2.2 系统时钟  39
  4.3 器件的配置  39-44
    4.3.1 复位时器件的配置  40-42
    4.3.2 复位后的器件配置  42-44
  4.4 存储器电路设计  44-49
    4.4.1 外部FLASH 存储器电路设计  44-47
    4.4.2 外部SDRAM 存储器电路设计  47-49
  4.5 CMOS 图像采集模块设计  49-51
    4.5.1 CMOS 与DM642 接口设计  49-50
    4.5.2 CMOS 电路设计  50-51
  4.6 以太网（EMAC）接口扩展  51-53
    4.6.1 DM642 的EMAC 结构  51-52
    4.6.2 物理层芯片BCM5221  52
    4.6.3 EMAC 接口实现  52-53
  4.7 异步串口电路扩展  53-56
    4.7.1 TL16C7528 芯片简介  54-55
    4.7.2 异步串口电路设计  55-56
  4.8 视频显示接口扩展  56-57
    4.8.1 SAA7121H 芯片简介  56
    4.8.2 视频显示接口电路设计  56-57
  4.9 CPLD 接口电路设计  57-66
    4.9.1 FLASH 存储器接口扩展  58-60
    4.9.2 TL16C752B 芯片接口扩展  60-61
    4.9.3 键盘及LED 接口扩展  61-63
    4.9.4 16 路通用输入输出端口扩展  63-66
第五章 高速PCB 电路板设计  66-75
  5.1 高速PCB 电路特点  66-67
  5.2 智能相机系统PCB 设计  67-75
    5.2.1 板层设计  67-68
    5.2.2 元器件布局  68-70
    5.2.3 电路板布线  70
    5.2.4 信号完整性及电磁兼容性分析  70-75
第六章 总结与展望  75-77
  6.1 总结  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-80
发表论文和参加科研情况说明  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 坐标器、计算机具、计数器 > 坐标器和自动坐标器
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