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基于USB2.0的高速光电转换和数据采集系统设计

作　者: 刘志江
导　师: 杨克成
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 光电转换数据采集 USB2.0 CY7C68013
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
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内容摘要

随着科学技术水平的不断提高,在科研和生产过程中为了探测和采集更高频率的目标光电信号,对光电探测器的性能和数据采集速率的要求越来越高。传统的光电探测系统由于响应率低、传输速率低和安装不便等因素已无法满足科研和生产的需要。新一代高速PIN光电二极管和USB2.0技术的出现很好的解决了上述问题。本课题研究并设计了一套基于USB2.0的高速光电转换与数据采集系统。为完成对室内白光通信信号(低频范围0-10MHz,高频范围100MHz-1GHz)的光电检测和数据采集的目的,本论文在系统设计性能指标的指引下对系统整体设计方案进行分析,通过比较对光电转换器件(S5973和BPX65)、A/D转换模块(MAX115)和USB2.0接口模块(CY7C68013-128AC)等核心器件进行选型。在具体的系统软硬件设计工作中,本课题对高速光电转换及信号处理模块进行硬件设计和仿真,对运算放大电路的噪声特性、电压转换速率等参数进行分析;完成USB2.0高速数据采集模块的硬件设计和电路板制作;利用Keil C51和GPIF Designer软件对基于USB2.0的数据采集模块固件程序进行编程和调试,结合DDK开发包和Microsoft Visual C++6.0软件编写了数据采集系统的驱动程序和用户应用程序。为验证所设计的光电转换和采集系统是否达到实际要求,本论文采用软硬件联调的方式进行系统实测。测试结果表明,本系统可完成10MHz-1.5GHz范围内的白光通信信号探测,USB2.0数据采集模块可输入1-4路±5V以内的目标信号,12位A/D转换器最高采样率为400KSPS,系统传输速率可达1MB/s-20MB/s,实现了对高频光电信号的光电转换和数据采集与传输功能,工作稳定可靠,达到了研发一套响应频率高、传输速度快、系统集成度高等特点的光电转换和数据采集系统的目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 USB 数据采集设备的国内外发展现状  9-10
  1.3 课题来源及主要研究内容  10-11
  1.4 课题系统总体设计方案  11-15
  1.5 本章小结  15-16
2 光电转换及信号处理模块硬件设计  16-26
  2.1 光电转换及信号处理电路设计  16-22
  2.2 运算放大电路参数分析  22-25
  2.3 本章小结  25-26
3 USB2.0 数据采集模块硬件设计  26-36
  3.1 USB2.0 数据采集模块整体设计  26-27
  3.2 USB2.0 通信控制芯片的选型和外围电路设计  27-29
  3.3 A/D 转换芯片的选型和外围电路设计  29-30
  3.4 电源转换模块硬件设计  30-32
  3.5 串口通信等其他外围电路设计  32-34
  3.6 硬件及布线抗干扰设计  34-35
  3.7 本章小结  35-36
4 USB2.0 数据采集模块软件设计  36-42
  4.1 固件程序设计  36-38
  4.2 设备驱动程序设计  38-39
  4.3 客户应用程序设计  39-41
  4.4 本章小结  41-42
5 系统软硬件联调实验设计与结果分析  42-57
  5.1 系统软硬件联调实验介绍  42-45
  5.2 系统软硬件联调实验结果数据分析  45-56
  5.3 本章小结  56-57
6 结论  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录1 USB2.0 数据采集电路硬件原理图  62-63
附录2 MAX115_GPIF 固件程序（主程序）  63-69

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