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《基于線陣CCD的光譜信號高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2011正儀表技術與傳感器20ll第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11基于線陣CCD的光譜信號高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計王偉蘭，談圖，汪磊，高曉明(中國科學院安徽光學精密機械研究所環(huán)境光譜學研究室，安徽合肥230031)摘要：為了滿足環(huán)境污染檢測等工業(yè)實際應用的需要，便于系統(tǒng)的集成、降低成本，設計了一個基于FPGA和USB2．0的線陣CCD光譜信號高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以FPGA芯片EP2C20Q240作為采集系統(tǒng)的控制核心，USB2．0芯片CY7C68013A作為數(shù)據(jù)傳輸通道與上位機實現(xiàn)通信，通過計算機軟件進行光譜采集，并能實時控
2、制CCD的積分時間和采集光譜的平均次數(shù)。實驗表明：該系統(tǒng)高效、穩(wěn)定，1S采集250幀譜圖，可廣泛應用于CCD光譜的實時快速精確測量。關鍵詞：線陣CCD；FPGA；USB2．0；數(shù)據(jù)采集中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1002—1841(2011)11—0048—03DesignofSpectralSignalHigh-speedDataAcquisitionSystemBasedonLinearCCDWANGWei—lan，TANTu，WANGLei，GAOXiao-ming(LaboratoryofEnvironmentalSpectrosco
3、py，AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：Tomeettherequirementofenvironmentaltestingindustryforpracticalapplication，facilitatetheintegrationofsys—temandreducethecost，aspectralsignalhigh-speeddataacquisitionsystemoflinearCCDbasedonF
4、PGAandUSB2．0wasde-signed．ItusedFPGAchipEP2C20Q240asthecontrolcoreofcollectionsystem，andusedUSBchipCY7C68013Aasdatatrans-missionchanneltofinishcommunicationwithPC．PCsoftwarereal-timecontrolledCCDintegraltimeandaveragetimeofcollectingspectrumanddisplayedtheresultswithcurve．Theexperime
5、ntalresultsshowthatthesystemiseficientandstable，SOthissystemcanbewidelyappliedinreal—timeandaccuratemeasurementofCCDspectrum．Keywords：linearCCD；FPGA；USB2．0；dataacquisition0引言易于系統(tǒng)的維護，適合于大容量數(shù)據(jù)的實時傳輸、處理，可以很隨著光纖技術和新型氣體光學傳感器件的快速發(fā)展，儀器好地解決這個問題。該系統(tǒng)采用FPGA為CCD提供驅(qū)動時序的小型化和微型化是目前現(xiàn)代光譜分析儀器的主要發(fā)展趨勢。脈
6、沖，同時采用USB接口芯片將數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)接嬎銠C進行近年來以CCD芯片和光纖為基礎的微型光譜儀與拉曼光譜、處理。實驗表明：該系統(tǒng)可應用于光譜的實時快速精確測量。LIBS光譜、熒光光譜等技術相結合，在化工、農(nóng)業(yè)等領域得到了1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構廣泛的應用，為成分快速分析和生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控提供了很系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要包括CCD模塊電好的測量手段。光電管、光電倍增管、硅光電管、熱釋電器件和路、信號調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、FPGA驅(qū)動及控制電路及USBCCD等元件都可以作為光譜儀的光探測元件，光電管、光電接口電路5個部分。倍增管具有高的探測靈敏度，它們的
7、陣列傳感器目前價格較貴，在這些探測器件中，CCD具有靈敏度高，價格低廉，是應用最為廣泛的信號處理元件，基于CCD芯片的光譜儀不需要任何運動部件，可直接獲得完整的光譜譜圖，使得光譜儀器更為簡單。使用CCD作為光探測元件，有一個關鍵的問題需要解決，即如何對探測結果的大量數(shù)據(jù)進行傳輸和處理。現(xiàn)場可編程圖1系統(tǒng)的結構框圖邏輯陣列(FPGA)是一種現(xiàn)場邏輯功能可重構且具有高集成系統(tǒng)上電后，上位機通過USB設備向FPGA發(fā)送控制命度、高密度和高性能的可編程邏輯器件。FPGA最大的優(yōu)點是令，USB設備按照該命令完成對FPGA數(shù)據(jù)采集參數(shù)的初始化使用非常靈活，在不改變外圍電路
8、的情況下，設計不同的片內(nèi)設置。FPGA
