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一种天文图像的光纤传输系统的研究

作　者: 李汉青
导　师: 李彬华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 天文探测 CCD相机光纤传输电路设计 FPGA VHDL
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 46次
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内容摘要

随着光电成像技术的不断发展,光电探测器／摄像机向着高帧频、高分辨率、多通道的方向发展。天文探测领域中广泛采用的CCD探测系统也朝着这个方向发展,天文图像的传输及控制随之要求传输介质具有更高的性能。当前,在该领域多采用Camera Link、GIGE、网络和光纤等方式进行图像的传输。由于光纤传输具有传输容量大、抗电磁干扰性能好,而且光纤具有非常好的水密性和防腐性,除此还具有重量轻、体积小强度高等特点,光纤传输与光纤接口技术在天文领域也多有应用。天文图像传输所采用的通信系统大都是针对整个观测系统的特点而开发的专用系统,通用性稍差。本课题研究过程中,我们结合一个正在研制中的天文用CCD相机系统的要求,并参考UCO/Lick CCD相机的光纤传输电路,开发出一种可满足当前课题要求的天文图像光纤传输系统。该课题是云南省应用基础研究项目(2007F180M)“空间相对运动目标的成像技术及其应用研究”的一部分。在本文中,首先根据系统的总体设计要求选择合适的光纤器件和PCI总线接口芯片；然后进行系统的硬件电路设计；其次进行FPGA的开发设计；最后对整个系统进行测试以证明设计的正确性、合理性。其中,硬件电路设计和FPGA设计是本论文的重点。在硬件电路设计部分,详细介绍了关键器件的工作原理以及在电路中的具体设置,并对关键电路模块的原理图进行说明,此外还提出了两块电路板的布局布线要求。FPGA作为系统的控制中心,FPGA的设计也是系统设计中最关键的部分之一,在论文中用VHDL和原理图设计相结合的方法分别完成了16bit/8bit数据转换模块、FIFO控制模块、模拟数据生成模块以及PCI总线接口芯片驱动及控制模块等部分的设计,其中对一些关键模块的VHDL程序进行了说明,并对仿真波形进行详细的分析。在论文的最后一部分,对系统进行实际测试以验证硬件电路设计和FPGA设计的正确性。测试结果显示,系统工作正常、稳定,天文图像数据通过此光纤链路传输速率快、可靠性高。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
插图清单  7-8
附表清单  8-9
第1章绪论  9-13
  1.1 引言  9
  1.2 图像采集接口技术的发展  9-11
  1.3 接口技术在天文中的应用以及课题研究背景和内容  11-13
第2章光纤通信以及PCI总线设备  13-27
  2.1 光纤通信技术简介  13-14
    2.1.1 光纤通信特点  13
    2.1.2 光纤通信系统及光纤器件  13-14
  2.2 光纤系统设计  14-16
    2.2.1 系统总体考虑  14-15
    2.2.2 系统器件选择  15-16
  2.3 PCI总线简介  16-20
    2.3.1 PCI总线特点  16-17
    2.3.2 PCI总线设备的信号分配  17-19
    2.3.3 PCI配置空间  19-20
  2.4 PCI接口控制器CY7C09449  20-27
    2.4.1 PCI接口芯片的选择  20
    2.4.2 CY7C09449接口芯片概述  20-23
    2.4.3 CY7C09449内部存储器资源  23-24
    2.4.4 CY7C09449的配置  24-27
第3章传输系统的硬件电路设计  27-44
  3.1 系统总体结构  27-28
  3.2 光纤编/解码及传输模块设计  28-34
    3.2.1 数据发送器CY78923的性能特点  28-30
    3.2.2 数据接收器CY78933的性能特点  30-32
    3.2.3 数据收发器CY78923/933的应用  32-34
  3.3 FPGA及其外围电路设计  34-37
    3.3.1 FPGA芯片EP1C6介绍  34
    3.3.2 FPGA配置电路  34-35
    3.3.3 EP1C6的重要引脚及硬件设置  35-37
  3.4 FIFO存储器模块设计  37-39
  3.5 PCI板卡电气规范  39
  3.6 其它模块设计  39-40
  3.7 布线布局要求  40-44
第4章 FPGA设计  44-66
  4.1 FPGA总体设计  44
  4.2 FPGA开发工具的介绍  44-46
    4.2.1 Quartus Ⅱ开发环境  45-46
    4.2.2 VHDL硬件描述语言  46
  4.3 BOARD_A的FPGA设计  46-57
    4.3.1 概述  46-47
    4.3.2 16bit/8bit数据转换模块  47-50
    4.3.3 FIFO读出控制模块  50-52
    4.3.4 模拟数据生成模块  52-57
  4.4 BOARD_B的FPGA设计  57-66
    4.4.1 概述  57
    4.4.2 SN74V293复位控制  57-58
    4.4.3 CY7C09449芯片驱动及控制  58-66
第5章系统测试及结果分析  66-71
  5.1 概述  66
  5.2 光纤链路误码率估算  66-68
  5.3 模拟数据发送条件下实测结果  68-71
第6章总结与展望  71-73
  6.1 研究工作总结  71
  6.2 进一步的工作展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76
附录A:攻读硕士学位期间发表的论文  76

一种天文图像的光纤传输系统的研究

内容摘要

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