可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文.docx

资源描述

可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文.docx

《可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文.docx

可调光栅投影控制仪设计毕业设计论文

本科学生毕业设计（论文）

可调光栅投影控制仪设计

GraduationThesisofChongqingUniversity

Adjustablegratingprojectioncontrollerdesign

Undergraduate:

BIWEIZHEN

Supervisor:

WangTao

Major:

ElectronicInformationScienceandTechnology

CollegeofPhysicsofChongqingUniversity

ChongqingUniversity

June2014

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

在三维形貌测量过程中，有时候需要根据实际的需求，产生各种频率，相位，方位的光栅，传统的投影栅线条纹的制作方式是将制作好的光栅放于光源前面而形成，这种方法虽然设备简单，但局限性很多，不能实现依照被测物体得几何形状、尺寸以及测量的角度、方位、以及间距来自动调节实验装置的投影和接收系统，使得灵活性比较差，同时不能根据实验额需要来改变光栅的相位和周期。

单片机具有非常灵活的控制机制以及强大的数据处理能力，并且其编程采用C语言，使用起来既能达到实验的要求，又非常的方便。

FPGA的VGA接口提供多种分辨率的显示方式，能够根据实验的要求进行编程，显示出所需要的光栅。

结合目前光栅测量的不够机动性和单片机的智能性进行深入的研究，通过单片的的多种控制机制，来实现对光栅不同的测量的位置，光栅周期，频率等不同参数下的测量效果，来增加光栅测量形貌的灵活性和可持续性。

然后通过FPGA的VGA接口投影出来。

实验最终投影出了几种简单的光栅，达到了最初的实验设想。

关键词：

可调光栅，单片机，FPGA,VGA

ABSTRACT

Inthethree-dimensionalshapemeasurementprocess,sometimesaccordingtotheactualneeds,resultinginavarietyoffrequency,phase,orientationofthegrating,thetraditionalproductionmethodsfringeprojectiongatelineistomakeagoodgratingplacedinfrontofthelightsourceisformed,whichAlthoughthedeviceissimplemethod,butmanylimitations,cannotbeachievedinaccordancewiththegeometryoftheobjectwas,andmeasuringthesizeoftheangle,orientation,andspacingoftheexperimentalapparatustoautomaticallyadjusttheprojectionandreceptionsystem,sothatrelativelypoorflexibility,whilenotAccordingtotheexperimentalphaseandtheamountrequiredtochangetheperiodofthegrating.

SCMhasaveryflexiblecontrolmechanismandpowerfuldataprocessingcapabilities,anditsprogrammingusingClanguage,usingthemcanachievetherequirementsoftheexperiment,butalsoveryconvenient.FPGAVGAportoffersavarietyofdisplayresolutions,itcanbeprogrammedtotesttheclaim,showingtherequiredgrating.

CombinedwiththecurrentlackofmobilityandgratingmeasurementsSCMintelligence-depthstudy,throughavarietyofmonolithiccontrolmechanismstoimplementmeasuretheeffectofdifferentparametersondifferentmeasurementgratingposition,thegratingperiodandfrequencyundertoincreasetheflexibilityofthegratingmeasuringtopographyandsustainability.ThenbeprojectedthroughFPGAVGAport.Byexperimentsprojectedafewsimplegrating,reachingtheinitialexperimentsenvisaged.

Keywords:

Adjustablegrating,Themicrocontroller,FPGA,VGA

1绪论

1.1课题的研究意义

产品的复杂程度在不断的提高，同时人的审美观也在不断的提高，但是如何才能快速并且能够非常准确获取物体的三维形貌的同时，又能进行优化创新是产品设计与制造研究热点。

一般来说，我们将三维形貌测量

可以称之为三维面形测量，也有的称三维形貌测量为三维轮廓术。

它的技术手段包括很多种，比如运用微波的手段来获得物体表面三维空间形状。

通常来说，我们可以把它分为两种形式：

有接触式以及非接触式的测量，他们有各自的优缺点，其中，非接触式拥有测量速度快、对被测物无破坏、测量分辨率高、能够全场测量、拥有非常强的适应性。

在非接触测量的发展过程中，投影光栅法

越来越得到学者们的认可和好评，很明显它是属于光学的非接触式测量中的一种，而且是很重要的一种。

在不断发展的过程中，光栅投影技术也分为了不同的技术手段，比如刚开始时的莫尔条纹技术以及到后面发展较为快速的傅里叶变换轮廓术。

当然，还有其他的不同的测量方法，其中调制测量形貌测量法和相位测量轮廓术也是比较常见的测量方法，最后还包括空间相位检测法已经锁相环法等等。

在过去要使用光栅测量的时候，我们是将制作好的光栅固定的放于光源前面来形成，通过这个方法有个很大的优点就是设备简单，同时，也就是产生很多不足的地方，比如说一个非常明显的不足就是投射区域的亮度不均匀，有时候也会产生栅线不够清晰的问题，导致系统调节起来非常的不方面，就没有办法实时的获得我们希望的光栅的周期等参数

。

单片机首先来说是一个芯片，但是这个芯片集合了很多的其他器件，能够完成非常强大的功能，通俗的来讲的话，我们也可以把它称为微控制器，通过利用单片机超大规模的集成电路，我们能够用单片机完成非常多的设计，并且现在的单片机也拥有了其核心的CPU，使其功能得到更大的扩展。

单片机的发展是非常迅速的，在80时代的时候，还只能使用4或者8位的控制器，但是现在，高速的单片机，其容量能够达到300M。

VGA它之所以在彩色显示器领域得到了广泛的应用是因为其拥有非常高的分辨率以及非常丰富的颜色还有高的显示速率等等优点。

FPGA提供强大的VGA接口的显示技术，其中也包含其他像素分辨率的接口。

本课题的研究方向就是结合目前光栅测量的不够机动性和单片机的智能性进行深入的研究，通过单片的的多种控制机制，来实现对光栅不同的测量的位置，光栅周期，频率等不同参数下的测量效果，通过这种方式，能够使测量更加灵活，更重要的是，能够使测量节约大量的时间成本。

1.2课题的主要研究工作

本论文的课题是基于单片机和FPGA的基础之上进行可调光栅投影控制仪的设计，主要进行的研究任务有：

1）了解投影法测量物体三维形貌的原理，包括目前比较成熟已经比较先进的测量还原方法。

2）光栅对测量的影响，包括光栅的位置，周期，频率的影响等，进而能够最大限度的优化系统。

3）单片机的原理，控制机制，包括一些具体的程序设计，模型的设计以及后续的扩展实验等。

4）进一步修改程序使生成的光栅频率、相位、方位可调；

5）在实验的最后，应该可以使用VGA端口把我们设计的图像投影出来。

1.3重点研究内容

本课题重点研究的是在利用单片机的智能性的基础上，把单片机和光栅测量结合在一起，能够使光栅测量更加的灵活，方便，精确。

研究光栅测量和单片机结合的基础上，改善光栅测量现有的一些不便之处，并且通过FPGA板子的VGA投影出来，使光栅测量能够更加被广泛的使用和开发。

1.4本章小结

本章主要介绍了该课题的主要研究背景，简述了在可调光栅控制仪技术的发展现状，简单介绍了本课题需要的单片机板子以及FPGA板子，说明了本课题的研究意义，介绍了在测量情况下的光栅的作用，并且在最后概述了本课题的主要研究目的，明确了本课题的主要研究内容。

2可调光栅投影仪控制硬件系统简介

2.1单片机

单片机的发展是非常迅速的，在80时代的时候，还只能使用4或者8位的控制器，但是现在，高速的单片机，其容量能够达到300M。

2.1.1运算器

运算器

虽然说不上是单片机的核心部件，但是其对单片机而言，相当于单片机的右脑，因为它是可以完成系统的运算部门，包括了存储的寄存器以及用于计算的累加器。

其英文为Arithmetic&LogicalUnit，简称ALU。

ALU的功能就好像我们的大脑一样，能够完成一定的逻辑以及算术运算比如说：

加、减或者逻辑运算比如：

与、或、比较大小等等操作，在运算的最后可以系统程序会将算术或者逻辑运算的结果存入在累加器。

运算器拥有两个基本的功能：

（1）能够进行逻辑测试，并且也要能够来执行基本的各种逻辑运算，如两个值的真值比较。

（2）来执行基本的各种算术运算。

2.1.2控制器

控制器是一个数量级“决策机构”，是用于产生译码指令以及定时指令并且能够存储起来。

能够实现如下功能：

（1）控制器相当于我们做题时的序号，能够明白我们现在正在解决的问题，以及我们要解决的下一个问题，控制器就是控制程序执行的顺序，以便于能够执行下一步的操作。

（2）另一个很重要的功能是产生信号，比如说用于译码或者测试，并且在程序执行完全后，可以控制程序产生用于控制系统执行顺序的指令等等。

其主要寄存器有

1）累加器A

在系统程序整个的执行的时候，我们可以理解为，累加器A要不停的进行计算，包括算术和逻辑计算。

2）数据寄存器DR

3）单片机的指令寄存器IR

指令寄存器是一个复合的概念，因为他不仅包括操作码，还包括了能够用于寄存的指令寄存器。

指令寄存器是用于单片机中完成这两个功能的寄存器：

指令寄存器能够在系统程序完成执行一条指令的过程中，可以它在内存中的要使用的数据先进行寄存到寄存器里，通过对操作码能够进行译码，然后可以确定结下了所要求的操作，为这项工作主要负责的一般来说就是指令译码器。

4）程序计数器PC和指令译码器ID

5）地址寄存器AR

单片机为了能够在程序执行过程中，确保单片机CPU能够保存当前的程序执行所要访问的内存单元以及程序执行过程中的I/O设备的地址。

众所周知，程序执行的过程中由于内存不同于CPU，他们两者之间读取数据时，存在速度上的差异，因此为例保证地址信息能够及时的被读取。

显然的，单片机要保证程序顺利执行的话，只有通过地址寄存器协同数据寄存器，才能够完成执行CPU的程序时能够向存储器存数据的功能。

2.1.3UART

参数有：

1）波特率产生

2）发送接收

在检测的一种有效的启动脉冲,接收逻辑实现接收的位流”串→并”字符转换。

溢出错误,奇偶校验错误,框架的错误,和行停止（换行符）错误检测和检测条件附加到被写入接收FIFO数据。

然后就可以完成数据的接收。

3）数据收发

与此同时，UART如果被启用，它会按照预先设定的参数包括了波特率以及数据位和停止位有些可能还包括校验等，开始发送数据到发送FIFO没有任何数据。

UART没有启用，它也可能预示繁忙状态。