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基于FPGA的电子倍增CCD图像采集传输系统的实现
作 者: 徐濛
导 师: 何伟基
学 校: 南京理工大学
专 业: 光学工程
关键词: 微光夜视 电子倍增CCD 图像采集 千兆以太网传输
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 27次
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内容摘要
电子倍增CCD作为新型的微光CCD,采用片上倍增技术,使信号在读出噪声加入之前就倍增,大大提高了其信噪比,同时由于电子倍增CCD的读出噪声不随信号读出频率的增加而增大,使得电子倍增CCD可以快速成像。电子倍增CCD拥有很高的信噪比和灵敏度,且体积小,功耗低,寿命长,能快速成像,这些优点使得电子倍增CCD在微光夜视领域具有广泛的应用。本文根据电子倍增CCD的驱动频率和系统传输带宽的要求,研制了一种基于FPGA的图像采集传输系统。该系统以FPGA作为主控芯片,设计了电子倍增CCD的图像采集转换控制模块,电子倍增CCD的增益调节控制模块,千兆以太网的数据发送和接收模块。实现了电子倍增CCD的增益和积分时间的调节,电子倍增CCD的图像采集,图像信号的A/D转换,图像数据的传输。在电脑终端利用多线程操作和套接字编程,编写了基于对话框界面的上位机程序,实现了图像数据的接收、显示、存储和电子倍增CCD相关参数的发送。通过调试,本文设计的电子倍增CCD图像采集传输系统成像清晰低噪,运行稳定,增益和积分时间调节效果明显,能进行全双工通信,电子倍增CCD图像信号的读出频率为12.5MHz,以太网传输带宽为193.1Mbit,系统具有实时成像的能力。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 1 绪论 8-11 1.1 研究背景与意义 8-9 1.1.1 电子倍增CCD研究背景与意义 8 1.1.2 采用FPGA进行设计的意义 8-9 1.2 国内外研究及发展现状 9 1.2.1 电子倍增CCD的国内外研究现状 9 1.2.2 FPGA的发展现状 9 1.3 论文组织结构 9-11 2 电子倍增CCD图像采集传输系统总体设计 11-15 2.1 系统总体设计方案 11-12 2.2 系统框图 12-13 2.3 系统介绍 13-15 3 电子倍增CCD图像采集模块 15-35 3.1 电子倍增CCD芯片TC253SPD-30 15-21 3.1.1 TC253SPD-30芯片结构 15-16 3.1.2 TC253SPD-30工作过程 16-17 3.1.3 TC253SPD-30管脚功能说明 17-18 3.1.4 TC253SPD-30驱动时序分析 18-21 3.2 AD芯片AD9945 21-26 3.2.1 AD9945管脚功能说明 21-22 3.2.2 AD9945工作过程 22-23 3.2.3 AD9945寄存器设置 23-25 3.2.4 AD9945驱动时序分析 25-26 3.3 可变电位器芯片MAX5392 26-30 3.3.1 MAX5392管脚功能介绍 26-27 3.3.2 增益控制电路 27-29 3.3.3 MAX5392的I~2C接口时序分析 29-30 3.3.4 MAX5392的控制指令 30 3.4 电子倍增CCD图像采集模块的FPGA实现 30-35 3.4.1 图像采集转换控制模块 30-33 3.4.2 增益调节控制模块 33-35 4 千兆以太网MAC模块 35-53 4.1 以太网概述 35-40 4.1.1 以太网体系结构 35-36 4.1.2 UDP协议 36 4.1.3 IP协议 36-38 4.1.4 以太网协议 38-39 4.1.5 CRC校验算法 39 4.1.6 数据在TCP/IP模型下的封装解包过程 39-40 4.2 PHY芯片88E1111 40-43 4.2.1 MAC与PHY的接口选择及其时序分析 40-42 4.2.2 88E1111的硬件配置 42-43 4.3 千兆以太网MAC模块的FPGA实现 43-53 4.3.1 跨频率域缓存模块 43-46 4.3.2 数据封装模块 46-49 4.3.3 88E1111发送驱动模块 49-50 4.3.4 数据接收模块 50-53 5 上位机程序 53-61 5.1 对话框简介 53 5.2 多线程操作 53-54 5.3 套接字编程 54-56 5.4 上位机程序的实现 56-61 6 系统各模块及整体性能测试 61-74 6.1 电子倍增CCD图像采集模块测试 61-64 6.1.1 电子倍增CCD帧转移时序波形测试 61 6.1.2 电子倍增CCD行转移时序波形测试 61 6.1.3 电子倍增CCD行读出,A/D采样时序波形测试 61-62 6.1.4 AD9945寄存器设置时序波形测试 62 6.1.5 电子倍增CCD增益调节控制测试 62-64 6.2 千兆以太网MAC模块测试 64-66 6.2.1 千兆网MAC模块的发送功能测试 64-65 6.2.2 千兆网MAC模块的接收功能测试 65-66 6.3 上位机程序的测试 66-67 6.4 系统整体性能测试 67-74 6.4.1 电子倍增CCD积分时间调节测试 68-70 6.4.2 电子倍增CCD增益调节测试 70-72 6.4.3 千兆网带宽利用率 72-74 7 结论和展望 74-76 致谢 76-77 参考文献 77-79 附录 79-81
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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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