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期末试验论文

（2014届）

题 目 学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期

电子信息学院 电子科学与技术 11042012班 11041126 王天畅 郑鹏 2014年6月

杭州电子科技大学电子材料与器件实验论文

摘 要

本毕业设计主要设计自主研发的激光打靶系统的信号处理过程，继而实现整个打靶系统。激光打靶系统主要包括半导体激光枪、光电探测器和信号处理电路，信号处理过程是整个系统的关键。激光打靶的打靶过程，由激光枪发射激光脉冲信号，光电靶接收激光脉冲信号，经过系列信号处理过程最终得到打靶的结果。光电靶由许多块的光电探测器组成，每块不同位置的光电探测器对应不同编号，从打靶的实际情况出发，确定了相应的编号规则。打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。

激光打靶系统的主要信号处理过程包括：信号的放大、编码和数据传输。信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。

该信号处理系统实现了对信号的良好检测。与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。

关键词：激光打靶；信号处理；信号编码；串行传输

杭州电子科技大学电子材料与器件实验论文

目 录

1 引言 -------------------------------------------------------------------------------------1 2 概述 ---------------------------------------------------------------------------------2 2.1 激光打靶系统概述 ---------------------------------------------------------------2

2.2 本设计方案思路 ------------------------------------------------------------------3 2.3 研发方向和技术关键 ------------------------------------------------------------3 2.4 主要技术指标 ------------------------------------------------------------------3 3 总体设计 ---------------------------------------------------------------------------------4 3.1 激光的检测 ---------------------------------------------------------------------4

3.2 靶位的划分 --------------------------------------------------------------------4 3.3 编码标准 --------------------------------------------------------------------------5 3.4 成绩的传送和处理 ---------------------------------------------------------------5 3.5 其他说明 ---------------------------------------------------------------------------5 4 硬件设计 ---------------------------------------------------------------------------------6 4.1 信号放大电路 ---------------------------------------------------------------------6

4.2 整形电路 ---------------------------------------------------------------------------8 4.3 编码电路 ---------------------------------------------------------------------------9 4.4 串行传送 --------------------------------------------------------------------------11 4.5 电平转换 -------------------------------------------------------------------------13 5 软件设计 --------------------------------------------------------------------------------14 5.1 总体方案 -----------------------------------------------------------------------14

5.2 程序流程 --------------------------------------------------------------------------14 5.3 模块说明 --------------------------------------------------------------------------14 6 制作与调试 --------------------------------------------------------------------------------18 6.1 硬件电路的布线与焊接 -------------------------------------------------------18

6.2 调试 --------------------------------------------------------------------------------18 7 结论 ----------------------------------------------------------------------------------------20 致谢 ----------------------------------------------------------------------------------------------21 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------22附录 ----------------------------------------------------------------------------------------------23

I

杭州电子科技大学电子材料与器件实验论文

1 引言

钛酸钡（BaTiO3）是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料，作为一种铁电材料，由于具有高的介电常数和低介电损耗的特点，被广泛应用于制作热敏电阻器（PTCR）、多层陶瓷电容器（MLCC）、电光器件和DRAM器件。因此，钛酸钡是电子陶瓷原件的重要原件，具有很高的附加值，被誉为“电子陶瓷的支柱”[1]。

最近几十年，世界各主要工业国家都在关注与研究现阶段，日本、美国仍然是世界上最大的钛酸钡材料生产与消费国。相比之下，我国的研究起步较晚，基础较差，但随着我国科研人员不懈的努力与钻研，我们对于钛酸钡材料的理解也逐步加深。同时，随着钛酸钡陶瓷材料性能的逐步发现及其作为电子陶瓷的开发利用前景日益广阔，市场对于钛酸钡陶瓷材料性能也提出了更高的要求。利用压电陶瓷可以讲外力转化为电能的特性，可以制造压电点火器、移动X光电源、超声清洗、超声医疗和各种超声切割器等产品，应用场景十分广阔，市场前景很有魅力，因此，对于钛酸钡陶瓷的研究有着极其深远的意义。

然而，包括用量大的低温烧结MLC电容器（如弛豫型铁电陶瓷），锆钛酸铅（PZT）如弛豫型铁电体锆钛酸铅镧（PLZT）铌镁钛酸铅（PMNT）等都是含铅铁电压电陶瓷。传统钛酸钡陶瓷在制备的过程中，由于氧化氢的泄露和挥发，使得产品一致性差、成本高，特别是铅的毒性大对人体器官及大脑神经都有不可逆转的伤害，对生态环境更会造成极大的污染[2]。随着近几年来人们环保意识的增长，对于新型环保材料的关注度也在逐年提高，特别是2006年7月1日,欧盟颁布的关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令 (RoHS)的强制实施，对电子产业无铅化起到了巨大的推动作用。因此，新型无铅钛酸钡陶瓷材料的开发与研究也越来越受到大家的重视。

因此，本论文的主要研究内容，就是建立在无铅钛酸钡陶瓷的基础上，探究XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

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杭州电子科技大学本科毕业设计

2 概述

2.1 激光打靶系统概述

激光打靶系统[1-3]的工作原理是采用激光脉冲来模拟枪弹的射击，该系统一般包括激光发射部分、激光信号检测模块、打靶成绩处理和显示部分。如图2-1所示，当射手瞄准完毕扣动扳机时，半导体激光器会发出激光脉冲，射向目标上的光电探测器，如果击中目标，则激光脉冲被光电探测器接收并转换为电信号，经电路处理能识别射击的弹着点，信号经处理编码后传输到计算机。

光电探测器 半导体激光器 信号处理电路 激光枪扳机 计算机处理 图2-1 激光打靶系统原理图

半导体激光器[4,5]一般平行地安装在武器装备的枪管、炮管或导弹发射架上，它可以发射一束与武器射击方向一致的激光脉冲。目前的激光器一般都采用半导体激光器，因为这种激光器的输出功率低，不会伤害眼睛，而且效率高、功耗小，不但可以摆脱大而重的电源设备，激光器本身也可以制作得很小、很轻。光电探测器[6]具有射击靶的形状，可以是点探测器和面探测器，通常数量较多，构成多个信号检测通路。根据光电探测器的响应位置来判断激光射击击中的靶位。

激光打靶采用以光代弹的形式进行射击训练，是激光武器模拟器中最常见的一种。最初的激光打靶系统只能进行瞄准射击训练，随着计算机和微处理器技术的发展，其用途扩大到可进行多种武器的模拟训练。随着研究和探索的深入，激光打靶系统的功能将进一步完善，能够更接近于武器装备在实际使用中的表现，增强真实感。同时，通过与电子技术相结合，进一步提高激光模拟的自动化、智能化水平。

激光武器模拟器有以下几个方面的发展趋势：

（1）可以模拟的武器越来越多，激光武器模拟器正朝着系列化、组件化的方向发展，一个基本的激光射击模拟器只要稍加改动就可适用于其他武器系统。系列化、组件化的好处是便于使用、更换和维修，同时价格也便宜。

（2）从激光射击模拟器向激光交战模拟器发展，先进的激光交战模拟器能使坦克、战斗车辆、反坦克武器等有机的结合在一起进行训练，每部兵器既是攻击者，又是被攻击者，完全模仿实战中的作战环境，不仅能提高战士使用武器的技能，还可以教会他们如何在战争中保护自己。