基于FPGA的紅外熱像儀硬件設(shè)計(jì)課件

1、基于基于FPGAFPGA的紅外熱像儀硬件設(shè)計(jì)的紅外熱像儀硬件設(shè)計(jì)contents驅(qū)動(dòng)時(shí)序的程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)時(shí)序的程序設(shè)計(jì)4課題背景課題背景1總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)2各模塊設(shè)計(jì)各模塊設(shè)計(jì)3系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果5課題背景紅外熱像儀行業(yè)是一個(gè)發(fā)展前景非常廣闊的新興高科技產(chǎn)業(yè)，紅外熱像儀廣泛應(yīng)用于軍民兩個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，紅外熱像儀已在衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)等軍事武器上獲得了廣泛的應(yīng)用；同時(shí)，隨著非制冷紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，尤其是隨著產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中生產(chǎn)成本的大幅度降低，紅外熱像儀已在電力、消防、工業(yè)、醫(yī)療、安防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門得到了非常廣泛的應(yīng)用。熱成像技術(shù)概述 物體表面熱輻射的強(qiáng)弱與該點(diǎn)的溫度和表面

2、狀態(tài)有關(guān)，從而形成一幅反映物體溫度分布和表面特征的熱輻射圖像（簡(jiǎn)稱熱圖像或熱像），但人眼無(wú)法感受到熱輻射，不能直接看見(jiàn)熱圖像。這就需要某種對(duì)紅外輻射敏感的材料將其轉(zhuǎn)換成一種可以測(cè)量的信號(hào)。為提高轉(zhuǎn)換效率和方便使用，這種材料都被制成一種精密巧妙的裝置紅外探測(cè)器?？傮w設(shè)計(jì)下圖為本設(shè)計(jì)方案的原理框圖，系統(tǒng)由非制冷焦平面陣列（UFPA）、熱制冷器（TEC）溫控電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA、ARM等模塊組成。各模塊設(shè)計(jì) UPFA驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)焦平面正常工作需要外部脈沖時(shí)鐘以及偏置電壓驅(qū)動(dòng)。 溫度控制電路非制冷紅外焦平面陣列內(nèi)部集成了一個(gè)熱電制冷器（TEC），通過(guò)TEC可以設(shè)置及控制紅外焦平面的溫度。UL

3、IS公司的384288長(zhǎng)波非制冷微測(cè)輻射熱計(jì)UFPA正常工作的基準(zhǔn)溫度為3010mK，焦平面陣列必須穩(wěn)定工作在此溫度。 ADN8830通過(guò)UFPA輸出的溫度電壓作為參考，控制UPFA內(nèi)部的TEC工作，使UPFA穩(wěn)定工作在設(shè)定的溫度。TEC控制芯片的基準(zhǔn)電壓用ADI公司的12位高精度 DAC芯片AD7390實(shí)現(xiàn)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路VSP2562是TI公司推出的高速12位單通道模擬前端（AFE）芯片，提供相關(guān)雙采樣、可編程增益放大器及A/D轉(zhuǎn)換等功能，具有很高的轉(zhuǎn)換速率和抗噪聲能力，適用于CCD、CMOS等各種探測(cè)器模擬圖像的信號(hào)采集。視頻信號(hào)匹配電路紅外焦平面陣列輸出的模擬信號(hào)幅值在1.0V4.2V

4、之間，而A/D轉(zhuǎn)換芯片VSP2562的信號(hào)輸入范圍在-0.33.3V之間。視頻信號(hào)匹配電路的作用就是調(diào)整焦平面輸出的模擬視頻信號(hào)的幅度使其滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。PSpice仿真波形仿真波形電源模塊設(shè)計(jì) 電源模塊需要提供以下電源電壓：l驅(qū)動(dòng)紅外焦平面陣列UFPA需要的偏置電壓：五個(gè)讀出電路工作需要的偏置電壓VDDA，VDDL，VSSA，VSSL，VBUS和微測(cè)輻射熱計(jì)工作需要的偏置電壓GSK，VSK，GFID。lTEC溫度控制芯片ADN8830所需的3.3V電壓。l信號(hào)匹配電路需要的-12V電壓。lA/D轉(zhuǎn)換芯片VSP2562所需的3.3V電壓lFPGA需要的1.2V和3.3V電壓。lSDRAM

5、和FLASH需要的3.3V電壓。 選用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）獲得所需直流電源，可以很好地滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。紅外焦平面的所有偏置電壓都由LINRAR公司的LDO電源芯片實(shí)現(xiàn)，其中可調(diào)偏置電壓和某些特定置偏壓用LDO結(jié)合電位器實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)時(shí)序的程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中要使非制冷紅外焦平面陣列、TEC溫控電路和A/D轉(zhuǎn)換電路正常工作，一共需要產(chǎn)生的脈沖時(shí)序如下：l主時(shí)鐘MC、積分信號(hào)INT和復(fù)位信號(hào)RESET。l A/D芯片的相關(guān)雙采樣控制時(shí)序SHP和SHD，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘ADCCK。l提供溫控電路基準(zhǔn)電壓的DAC芯片AD7390的控制脈沖nLD、DACLK、SDI和nCLR。l配置UFPA的串行接口SERDAT和配置A/D芯片的串行接口SDATA、SCLK、SLOAD