激光超高速摄影系统程控启爆器的研究与设计

摘要

目前激光超高速摄影系统在国内靶场试验应用十分广泛，由于靶场各种极端条件对激光超高速摄影系统的性能提出了更加苛刻的要求，该系统势必朝着高精度、高速度和高集成度发展。其中程控启爆器装置是激光超高速摄影系统的核心部分，该装置主要功能是实现激光器发射激光与爆炸信号的同步，它决定着激光超高速摄影系统性能中的关键指标。该装置不仅应具有良好的空间分辨率、时间分辨率，而且还有体积小、重量轻、操作简洁以及低功耗的优点。
　　本研究主要内容包括：⑴通过对程控启爆器装置的原理和各项指标分析，结合传统方案以及现代数字电路技术，针对现有的程控启爆器存在信号同步误差大、延时时间分辨率低等问题，提出了采用“单片机+CPLD”相结合的方案，使用可编程逻辑器件CPLD通过计数法获取脉冲间隔可调的延时信号。通过对主要型号的单片机的比较，选出符合设计要求、智能化程度高的AT89C51单片机作为硬件核心控制电路，实现脉冲延时时间的设定。⑵对程控启爆器进行了具体的硬件设计，主要由AT89C51单片机完成控制部分电路设计；利用CPLD的计数器实现脉冲延时；通过对串口通讯的比较选择了简便实用的串口通讯方式。⑶软件部分设计主要包括两方面内容，单片机作为控制系统，采用汇编语言对主要模块进行分模编译并调试；使用QuartusII编写程序，计数器脉冲延时实现延时范围从0.1μs-999.9μs可选且时间同步的脉冲延时。⑷分别在实验室和靶场对系统进行测试，测试结果表明，所采用的设计方案正确可行，各个模块运行均满足设计指标要求。设计完成的程控启爆器具有同步时间精度高、脉冲延时分辨率高的特点；同时实现了高可靠性、保密性和抗干扰性，具备低功耗和小型化的优点。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 激光超高速摄影系统概述

1.3 激光超高速摄影系统国内外发展现状

1.4 本文的主要工作及内容安排

第2章 总体设计方案

2.1 程控启爆器的工作原理

2.2 激光超高速摄影系统技术指标与测量要求

2.3 程控启爆器常用设计方案比较与论证

2.4 模块电路器件选型

2.5 可编程逻辑器件的选型与功能介绍

2.6 本章小节

第3章 程控启爆器硬件电路设计

3.1 控制系统硬件设计方案

3.2 CPLD硬件电路设计

3.3 CPLD与单片机接口设计

3.4 硬件抗干扰设计

3.5 本章小节

第4章 程控启爆器软件设计

4.1 软件设计要求

4.2 控制程序设计

4.3 总线接口程序

4.4 计数器脉冲延时程序

4.5 本章小节

第5章 实验验证及测试结果

5.1 实验室的模拟测试

5.2脉冲延时时间稳定性测试

5.3 程控启爆器实物展示

5.4 程控启爆器的介绍

5.5 本章小节

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录