emccd信号采集与数据传输的实现

《emccd信号采集与数据传输的实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、EMCCD信号采集与数据传输的实现-->1绪论FPGA内部程序模块与外部连接关系如上图所示，其中白色模块为FPGA内部模±央，深色模块为外部端口及电路模块。FPGA内部模块由时序发生模块、Nios控制核、数据管理模块以及视频产生模块构成。FPGA内部模块与模拟驱动板上时序驱动模块、AD芯片、增益控制模块，控制板上SDRAM芯片、SRAM芯片，以及输出背板上的DM9000A、ADV7123芯片相连。系统设计中利用FPGA高速、并行处理能力强的特点，采用VHDL语言构建了时序发生模块、数据管理模块以及

2、视频产生模块，同时利用基于FPGA的SOPC技术构建了Nios控制核。曝光期间进入EMCCD的光子在成像区中转化成电荷，曝光结束EMCCD进入帖转移阶段，在顿转移阶段成像区的电荷整体转移到存储区中。在顿转移完成后进入图像信号检测过程，首先，存储区中的信号电荷整体向下移动一行，存储区中最后一行信号电荷转移到读出寄存器中，这一过程即为行转移。行转移结束后进入串行读出阶段，在串行读出阶段中转移入读出寄存器中的信号串行转移到读出放大器，将图像信号转换成电压输出。一次行转移和串行读出过程读出CCD中一行图像

3、数据，为了读出所有的图像数据需要进行多次的行转移及行读出，直到所有图像都读出。本文对EMCCD图像传感器结构及工作原理进行研究，从EMCCD信号釆集与数据传输系统构建、系统硬件设计和系统软件开发等方面，全面论述了基于FPGA的EMCCD信号采集与数据传输系统功能和设计，实现EMCCD图像信号的采集及传输功能，并对EMCCD信号釆集与数据传输系统进行测试分析。论文主要工作包括：1.在研究EMCDD图像采集系统的基础上，确定EMCCD信号采集与数据传输系统方案，并对系统进行合理的模块划分。2.对EMC

4、CD图像传感器的成像过程以及驱动时序信号进行研究分析设计EMCCD工作时序，采用VHDL语言利用有限状态机方法设计实现EMCCD图像传感器的工作时序。3.针对系统硬件构建自定义IP核，编写相应的驱动函数，利用SOPCBuilder构建系统控制核硬件。4.在SOPCBuilder生成的硬件系统基础上，利用NiosIIIDE开发环境进行系统软件开发，实现计算机与信号采集与数据传输系统通讯控制功能。5.对EMCCD信号采集与数据传输系统各模块和整个系统进行测试分析。本论文组织结构如下：第一章为绪论部分。

5、对微光成像器件以及EMCCD研究现状进行了介绍，给出论文主要工作及论文结构。第二章介绍了EMCCD以及以及系统整体设计。这一章介绍了EMCCD芯片结构，并以EMCCD图像传感器工作过程为主线介绍了EMCCD的工作原理，比较了几种图像采集系统的特点，完成EMCCD信号采集与数据传输系统方案。第三章详细介绍了EMCCD信号采集与数据传输系统硬件设计。在对TC253图像传感器深入分析的基础上设计了EMCCD驱动时序模块，同时为了实现对硬件系统的灵活控制，针对硬件系统特点设计了自定义IP核及其驱动程序，采

6、用SOPCBuilder构建Mos控制核，最终使用QuartusII软件完成系统硬件架构。第四章介绍了系统软件开发。在第三章构建的硬件系统上进行软件开发，本章对NiosII软件开发以及TCP/IP协议作了介绍，编写网口控制芯片的驱动程序实现系统的以太网通讯功能，最后介绍了系统的工作流程。第五章为系统测试与分析，在这一章中首先对构成EMCCD信号采集与数据传输系统的各模块组件进行测试，最后对整个系统进行成像测试分析。第六章为总结与展望部分。本章对全文工作内容进行总结，指出设计中存在的不足以及进一步改

7、进方向。3EMCCD系统硬件设计…………………123.1时序发生模块…………………123.1.1时序分析…………………143.1.2时序设计…………………163.2数据管理模块…………………214EMCCD系统软件开发…………………434.1Nios软件开发…………………434.1.1HAL系统库介绍…………………434.1.2NiosIIIDE工程结构…………………434.1.3设备驱动程序设计…………………444.2网络传输…………………484.3软件系统工作流程…………………515系统测试及

8、分析…………………535.1CCD时序发生模块测试…………………545.2自定义IP核测试…………………565.2.1AD9945配置IP核测试…………………565.2.2增益控制核测试…………………575.3网络测试…………………585.4上位机程序测试…………………605.5系统成像测试…………………61总结本文以TI公司生产的TC253型EMCCD芯片为图像传感器，釆用FPGA芯片作为控制核心，实现了EMCCD信号采集与数据传输功能，并对系统进行测试分析，具体工作总结如下：1