双光栅单色仪控制系统优化设计

摘要

光栅单色仪是一种对光子能量或波长进行高分辨分析和选择的光学仪器，是光学和光电子领域从事研究的基础光谱分析和测量仪器。随着现代高新技术的发展，微型化、智能化和模块化成为分析测量仪器发展的主要方向之一。而嵌入式系统因其具有专用性、体积小、低功耗、多功能、高精度等特点而被广泛应用。USB总线的使用方便、灵活稳定、传输速率高等特点，使得它在计算机实时控制和高速数据采集领域有着广泛的应用前景。本文即是研究把嵌入式系统，USB技术与传统的仪器系统相结合，以实现仪器的集成化、实时化、开放化。 本文以双光栅单色仪为研究对象，在对单色仪的工作原理和相关技术发展的综合分析基础上，对系统的整体方案进行详细的设计。采用基于Windows的VC++开发的软件友好交互界面为系统控制方，基于嵌入式单片机(C8051F060)为硬件控制核心，结合USB总线技术设计的主从式高速数据采集系统；采用模块化的设计思想，以Visual C++和μVision为上下位机的开发环境进行软件方面的具体设计开发。论文的最后部分介绍了仪器软件系统的实现和数据分析，包括系统本地端的系统软件构架，上下位机间的通信协议编制和上位机软件控制界面设计。USB技术的采用使得数据通信更加高效可靠。开发过程中充分研究和协调了上下位机之间的通信协议的统一，大大优化了下位机的处理任务，保证了整个系统的实时性和数据通信的高效性。并结合实际装置进行实验调试和性能测试，能够有效的完成仪器要求的各种技术指标。实验表明，采用的CH372接口芯片大大提高了数据采集的精度和速度，很好的满足了可重复性测量，在实际应用中显著提高了工作效率，本通信协议很好的优化了本地端的程序代码，且易于上位机控制软件的更新升级；证明了该系统的可行性和优越性。

目录

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声明

第一章绪论

1.1课题的研究目的和意义

1.2课题背景和主要的研究内容

第二章单色仪工作原理和系统方案

2.1单色仪机械系统结构

2.2单色仪系统工作原理

2.3单色仪控制系统设计总体要求

2.4单色仪控制系统方案架构

第三章下位机硬件设计

3.1电源系统设计

3.2嵌入式微控制器选择

3.3步进电机及驱动器的设计

3.3.1步进电机的驱动

3.3.2步进电机控制电路设计

3.3.3步进电机速度控制

3.4信号调整电路设计

3.4.1光电倍增管

3.4.2前级放大电路

3.4.3 SPGA仪表放大器AD526在系统中的应用

3.5 USB接口电路设计

第四章下位机软件的编制

4.1单片机C语言及软件开发环境

4.2下位机软件框架与实现

4.2.1 CH372程序流程

4.2.2步进电机控制流程

4.2.3数据采集处理流程

4.2.4系统参数处理流程

4.3通讯协议的设计

第五章上位机USB通讯软件编制

5.1计算机端CH372应用层接口

5.2上下位机USB通讯构架

5.2.1 USB数据传输的同步

5.2.2命令参数数据类型的统一

5.3性能测试及数据分析

第六章总结

6.1结论及研究工作

6.2后续工作及改进设想

致谢

参考文献

附录 单色仪仪器例图

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果