線性CCD光譜儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、電荷耦合器件(CCD)自產(chǎn)生以來(lái)的40多年里，其應(yīng)用價(jià)值與日俱增，已經(jīng)深入到傳統(tǒng)攝像、光譜分析儀以及航空航天探測(cè)等領(lǐng)域。CCD一個(gè)很重要的應(yīng)用就是運(yùn)用在光譜分析儀器中，光譜分析儀器屬于光學(xué)儀器的一種，它可以測(cè)量光輻射的強(qiáng)度、頻率以及光譜的變化規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光譜儀技術(shù)也取得了很大的發(fā)展?，F(xiàn)代光譜儀朝著小型化，自動(dòng)化，智能化，高精度和快速檢測(cè)的方向發(fā)展，低廉的價(jià)格使得它得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、質(zhì)譜分析、教學(xué)實(shí)

2、驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。
　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都對(duì)光譜儀的研制做了大量的工作，國(guó)內(nèi)光譜儀與國(guó)外的相比還存在一定的差距;國(guó)內(nèi)光譜儀通用性差、信噪比低、精度不高、體積龐大、成本高昂，尤其在精確測(cè)量領(lǐng)域，對(duì)同步延時(shí)的精度非常高，要求在ns級(jí)別。如果精度不夠高，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，得不到有效數(shù)據(jù)。這一系列問(wèn)題都制約了其在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和精確測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用，為了提高光譜儀的測(cè)量精度和實(shí)現(xiàn)微型設(shè)計(jì)，分別使用FPGA和STM32單片機(jī)作為控制器

3、實(shí)現(xiàn)光譜儀設(shè)計(jì)。
　　由于FPGA并行處理的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的延時(shí)精度和數(shù)據(jù)處理速度，這種方案的特點(diǎn)是靈活性強(qiáng)、延時(shí)精度高、實(shí)時(shí)顯示。但FPGA工作需要基本的配置電路和外圍芯片，使得電路板的尺寸不能做到微型化，成本相對(duì)較高。
　　STM32單片機(jī)內(nèi)部集成了ADC、USB、定時(shí)器等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)采集傳輸?shù)囊?，滿足了微型化的設(shè)計(jì)目的。這種方案具有成本低、使用靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小但由于單片機(jī)的串行處理和時(shí)鐘的限制，同步延時(shí)控

4、制精度不能做的太高。
　　驅(qū)動(dòng)電路是CCD光譜儀設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)處理的流程如下，從CCD得到的電信號(hào)經(jīng)過(guò)前端處理到達(dá)主控板，在主控板上進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)通用接口傳到上位機(jī)，考慮到如今USB接口的通用性，本文主要采用USB2.0接口作為數(shù)據(jù)上傳接口。在Windows7系統(tǒng)Visual Studio2010環(huán)境下利用C語(yǔ)言和C++混合編程，再結(jié)合Teechart和MFC，開(kāi)發(fā)了上位機(jī)