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微型近红外光谱仪信号采集系统关键技术研究

作　者: 黄玉斌
导　师: 温志渝
学　校: 重庆大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 微型近红外光谱仪 信号采集系统 InGaAs探测器 CPLD LPC2148
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 296次
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内容摘要


近红外光谱技术(NIR)是近十年来发展最快、最引人注目的分析技术之一,已被广泛应用于农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等领域,近红外光谱仪的研究与应用成为了近年来世界各国研究的重点之一。本论文基于重庆大学微系统中心研发的微型近红外光谱仪的要求,在分析了国内外微型光谱仪和信号采集系统发展现状的基础上,进行微型近红外光谱仪系统的信号采集系统关键技术研究。确定了信号采集系统设计的实现方案,完成了InGaAs探测器的驱动电路和信号获取电路、A/D转换模块电源与时序电路设计;完成基于ARM7芯片LPC2148的硬件电路设计;进行基于LPC2148固件程序的软件设计,实现了系统USB数据传输功能,从而解决了信号采集系统中的相关关键技术,完成了微型近红外光谱仪的信号采集处理模块。论文主要研究工作是:①在查阅了大量文献、资料的基础上,分析了微型近红外光谱仪信号采集技术的发展现状;②在了解近红外光谱仪和InGaAs探测器的工作原理基础上,对信号采集系统基本构成以及总线技术进行了研究,确定了近红外光谱仪信号采集系统的实现方案;③详细阐述信号采集硬件电路系统的设计过程,介绍了系统电路各个模块的主要功能及设计方法;④针对ARM7芯片LPC2148的SPI总线接口特性,进行了SPI接口数据传输软件编程,实现了对系统中A/D芯片的控制功能;⑤通过对USB数据传输原理的研究,针对LPC2148的USB设备控制器的特性,利用LPC2148软件开发包,完成了系统USB数据传输的软件设计;⑥完成了系统硬件和软件调试与分析。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 近红外光谱仪国内外研究现状  8-10
  1.2 信号采集系统国内外研究现状  10-11
  1.3 论文研究目的和研究内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
2 相关理论  13-19
  2.1 微型近红外光谱仪的基本结构  13-14
  2.2 CMOS 图像传感器简介  14-15
  2.3 信号采集系统相关理论  15-18
    2.3.1 信号采集系统的基本构成  16-17
    2.3.2 信号采集系统总线技术  17-18
  2.4 本章小结  18-19
3 信号采集系统设计思路  19-29
  3.1 结构框架  19-20
  3.2 各模块中的核心器件  20-28
    3.2.1 InGaAs 探测器  20
    3.2.2 A/D 转换模块  20-23
    3.2.3 控制、存储、通信模块  23-27
    3.2.4 时序发生器  27-28
    3.2.5 电源模块  28
  3.3 设计步骤  28
  3.4 本章小结  28-29
4 信号采集系统硬件电路设计  29-42
  4.1 InGaAs 探测器电源及时序设计  29-34
    4.1.1 电源设计  29-31
    4.1.2 时序设计  31-34
  4.2 A/D 转换模块电源及时序设计  34-37
    4.2.1 电源设计  34
    4.2.2 时序设计  34-37
  4.3 控制、存储、通信模块电路设计  37-40
    4.3.1 USB 电源电路及接口电路  37-38
    4.3.2 复位电路  38-39
    4.3.3 系统时钟电路  39
    4.3.4 JTAG 接口电路  39-40
  4.4 信号采集系统硬件电路总图  40-41
  4.5 本章小结  41-42
5 信号采集系统软件设计  42-60
  5.1 软件设计的主要任务  42
  5.2 编程语言的选择  42-43
  5.3 软件平台μC/OS-Ⅱ  43-44
  5.4 SPI 串口传输程序的设计  44-49
    5.4.1 LPC2148 的 SPI 串行总线接口.  44-47
    5.4.2 程序设计流程图及主体程序  47-49
  5.5 USB 数据传输程序的设计  49-59
    5.5.1 LPC2148 的USB 设备控制器.  49-51
    5.5.2 USB 设备控制器的数据流  51-54
    5.5.3 软件程序设计  54-59
  5.6 本章小结  59-60
6 硬件电路调试及软件程序调试  60-70
  6.1 硬件电路调试  60-64
  6.2 软件程序调试  64-69
    6.2.1 调试工具ADS 1.2  64-66
    6.2.2 调试过程  66-69
  6.3 本章小结  69-70
7 总结与展望  70-71
  7.1 工作总结  70
  7.2 未来工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
附录  74-78
  附录A CPLD 中的VHDL 程序  74-76
  附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  76-78

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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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