基于锁相环的颜色识别系统设计
毕业设计论文：PLL锁相环电路
1摘 要随着通信及电子系统的飞速发展，促使集成锁相环和数字锁相环突飞猛进。
本次毕业设计的主要任务是，采用0.180.18μμm CMOS 工艺，设计实现一个基于改进的鉴频鉴相器，压控振荡器，环路滤波器的全集成的CMOS PLL 锁相环电路，设计重点为PLL 锁相环电路的版图设计，设计工具为Laker 。
本论文介绍了PLL 锁相环电路的基本原理以及其完整的版图设计结果。
本次设计表明，采用该方案实现的锁相环电路主要功能工作正常，初步达到设计要求。
求。
关键词：PLL 锁相环电路，鉴频鉴相器，压控振荡器，环路滤波器，版图设计，0.180.18μμm CMOS 工艺工艺AbstractWith the development of the communications and electronic systems, the technology of the integrated PLL and digital PLL develops rapidly.The main task of graduation is to design and realize a fully integrated CMOS PLL circuit which is based on an improved phase detector, VCO, loop filter using the 0.18μm CMOS technology 0.18μm CMOS technology. The design focus on the layout of the PLL circuit, and the . The design focus on the layout of the PLL circuit, and the design tools is the Laker.This paper introduces the basic principles of PLL phase locked loop circuit and its comprehensive layout results. This design shows that the program implemented by the main function of PLL circuit is working well, and it meets the design requirements.Key words:PLL phase locked loop circuits, popularly used phase detectors, discrimination, VCO loop filter, layout design, 0.18 μm CMOS process目 录 (11)摘 要.............................................................................................................................. (22)Abstract .......................................................................................................................... (44)第1章 绪论................................................................................................................ (44)1.1 锁相技术的发展.............................................................................................. (44)1.2 锁相环路的主要特性......................................................................................1.3 PLL锁相环的应用领域 (5)第2章 基于CMOS锁相环的电路设计 (7)2.1 锁相环的基本组成.......................................................................................... (77) (77)2.2 锁相环工作原理.............................................................................................. (88)2.3 鉴相器..............................................................................................................2.3.1 鉴频鉴相器（PFD） (9) (110)2.3.2 鉴频鉴相器设计.................................................................................. (110)2.4 环路滤波器....................................................................................................11 (11)2.5 压控振荡器....................................................................................................第3章 关于COMS锁相环的版图设计 (12) (112)3.1 电路设计........................................................................................................3.2 版图设计........................................................................................................ (112) (113)3.2.1 版图设计规则检查.............................................................................. (113)3.2.2 注意事项..............................................................................................3.3 锁相环的版图设计........................................................................................ (115) (117)第4章 结束语............................................................................................................ (118)参考文献...................................................................................................................... (119)致谢..............................................................................................................................第1章 绪论1.1锁相技术的发展 锁相技术起源于20世纪30年代，提出无线电调幅信号的锁相同步检波技术。
DPLL锁相环智能监测仪表模块一体化设计
DPLL锁相环智能监测仪表模块一体化设计随着科技的不断发展，锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）在通信、控制和测量等领域中的应用日益广泛。
为了更好地满足各个领域的需求，一体化设计逐渐成为了设计者们的关注点。
本文将对DPLL锁相环智能监测仪表模块的一体化设计进行详细介绍。
首先，我们来了解DPLL锁相环的基本原理。
DPLL是一种控制系统，旨在使输出信号与输入信号保持特定的相位关系。
它由相位检测器、低通滤波器、控制电压生成器和振荡器等组成。
在智能监测仪表模块中，DPLL通常用于测量和监测频率、相位和时钟等信号。
从一体化设计的角度来看，DPLL锁相环智能监测仪表模块要考虑的因素有很多。
首先是硬件设计。
在设计过程中，需要选择适合的芯片、传感器和电路元件，并进行电路布局和线路连接。
此外，为了提高智能性，还需要添加合适的控制电路和接口。
所有的硬件部分应该尽量集成在一个紧凑的仪表模块内，以便于使用和安装。
其次是软件设计。
为了实现智能监测功能，DPLL锁相环智能监测仪表模块需要一套完整的软件系统。
软件可以实现信号采集、数据处理和结果显示等功能。
同时，还可以添加一些智能算法，例如自适应滤波、自动校准和故障诊断等。
软件设计要考虑到易用性和可扩展性，以便用户能够方便地进行使用和开发。
在设计过程中，还需要注意一些关键技术。
首先是相位检测技术。
相位检测是DPLL锁相环的核心部分，它决定了系统的准确度和稳定性。
常见的相位检测技术有比较器检测、采样检测和数字化检测等。
选择合适的相位检测技术对于设计出高性能的智能监测仪表模块至关重要。
其次是数字信号处理技术。
数字信号处理可以对采集到的数据进行滤波、降噪和提取等操作，从而提高信号的质量和准确性。
为了实现数字信号处理，需要选择合适的数字滤波器和算法，并进行适当的参数设置。
此外，软硬件协同设计也是重要的技术手段，可以提高系统的整体性能和稳定性。
最后，DPLL锁相环智能监测仪表模块一体化设计还需要考虑到实际应用中的特殊需求。
锁相环电路设计
锁相环电路设计
锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于信号的同步和频率的稳定。
锁相环电路的基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，然后通过反馈控制来调整输出信号的相位和频率，使其与参考信号保持同步。
锁相环电路广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
锁相环电路的基本组成部分包括相频检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器。
相频检测器用于将输入信号与参考信号进行比较，产生误差信号。
环路滤波器用于滤除误差信号中的高频成分，以保证系统的稳定性。
控制电压源根据误差信号的大小和方向来产生控制电压，用于调整振荡器的频率和相位。
振荡器则产生输出信号，其频率和相位受到控制电压的影响。
锁相环电路的设计需要考虑多个因素，如相频检测器的灵敏度、环路滤波器的带宽、控制电压源的响应速度等。
此外，还需要根据具体应用场景选择合适的振荡器类型和工作频率。
在实际应用中，锁相环电路的性能也受到环境温度、电源噪声等因素的影响，因此需要进行充分的测试和优化。
锁相环电路是一种重要的电路设计，它可以实现信号同步和频率稳定，广泛应用于通信、雷达、测量等领域。
在设计锁相环电路时，需要考虑多个因素，进行充分的测试和优化，以保证系统的性能和稳定性。
锁相环实验报告
锁相环实验报告
《锁相环实验报告》
锁相环是一种常见的控制系统，广泛应用于通信、电力、自动控制等领域。
本
实验旨在通过搭建锁相环系统，验证其在信号同步和抑制噪声方面的性能。
实验设备包括信号发生器、锁相环模块、示波器等。
首先，我们将信号发生器
产生一个正弦波信号作为输入信号，然后将其输入到锁相环模块中。
锁相环模
块通过比较输入信号和反馈信号的相位差，控制其输出信号与输入信号同步。
最后，我们使用示波器观察输入信号、锁相环输出信号和反馈信号的波形，并
分析它们之间的相位关系和噪声抑制效果。
实验结果表明，锁相环系统能够有效地实现输入信号和输出信号的同步，且具
有良好的抑制噪声能力。
当输入信号频率发生变化时，锁相环系统能够迅速跟
随并调整输出信号，保持同步状态。
同时，锁相环系统还能够抑制输入信号中
的噪声，输出信号的波形更加稳定。
通过本次实验，我们深入了解了锁相环系统的工作原理和性能特点，为其在实
际应用中提供了有力的支持。
锁相环系统的同步性能和噪声抑制能力对于通信、电力系统等领域具有重要意义，本实验结果对于相关领域的研究和应用具有一
定的参考价值。
锁相环CD4046的应用设计及研究_曾素琼
文章编号：1003- 0107(2012)01- 0072- 04
Ab s tra ct: In this p a p e r,p ha s e loc ke d loop is d is c us s e d of the p rinc ip le a nd a p p lic a tion,PLL fre q ue nc y
CKA，输出端为 QA；另一个为五进制计数电路，计数脉 冲输入端为 CKB，输出端为 QB，QC，QD，这两个计数器 可独立使用；当将 QA 连到 CKB；R 01、R02、R92、R91 接地, 当计数脉冲输入 CKA 时，可构成十进制计数器[7]。
图 7 所示；把 CD4046 的 3 脚与 QB 相连，即 74LS90 为 4 分频时，用示波器测 CD4046 的 4 脚得到频率输出为 3.96kHz (理论值为 4.0kHz)的正弦波形，如图 8 所示；把 CD4046 的 3 脚与 QC 相连，用示波器测 CD4046 的 4 脚 得到频率输出为 7.94kHz (理论值为 8.0kHz)的正弦波形， 如图 9 所示。
频率合成器和常规的振荡式正弦信号频率源相比， 其主要优点是：
(1)具有较高的频率长期稳定度，相位噪声小。若频 率合成器用恒温控制的高稳定度的石英晶体振荡器作 为基准频率源(或称主晶振)的话，则△f/f0 可达 10-10～ 10-8/ 日，而常规的振荡式正弦信号频率源，其稳定度一 般的只能达到△f/f0=10-8～10-5/ 日；
图 2 倍频锁相环频率合成原理方框图
2.2 基于锁相环 CD4046 频率合成器设计
2.2.1 锁相环 CD4046 介绍
CD4046 常使用集成电路的锁相环。它是通用的 CMOS 锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽 (为 3～18V），输入阻抗高(约 100MΩ)，动态功耗小，在中心 频率 fo 为 10kHz 下功耗仅为 600μW，属微功耗器件。 CD4046 内部电原理框图如图 3 所示，它主要由相位比
锁相环实验报告
锁相环实验报告锁相环实验报告引言：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子系统控制技术，广泛应用于通信、测量、信号处理等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个基本的锁相环电路，深入理解锁相环的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建锁相环电路，实现对输入信号的频率、相位的跟踪和稳定。
具体目标包括：1. 理解锁相环的基本原理和工作方式；2. 学会设计和搭建基本的锁相环电路；3. 通过实验验证锁相环的频率和相位跟踪性能。
二、实验原理1. 锁相环的基本原理锁相环是一种反馈控制系统，由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。
其基本原理如下：（1）相位比较器：将输入信号和VCO输出信号进行相位比较，输出相位误差信号；（2）低通滤波器：对相位误差信号进行滤波，得到控制量；（3）VCO：根据控制量调整输出频率，使其与输入信号保持相位同步；（4）分频器：将VCO输出信号分频后反馈给相位比较器，形成闭环控制。
2. 锁相环的应用锁相环广泛应用于频率合成、时钟恢复、频率/相位调制解调等领域。
例如，在通信系统中，锁相环常用于时钟恢复电路，保证数据传输的稳定性和可靠性。
三、实验内容与步骤1. 实验器材与元件准备（1）信号发生器：产生待测频率的正弦信号；（2）锁相环芯片：如CD4046、PLL565等；（3）电阻、电容等元件：用于搭建锁相环电路；（4）示波器：用于观测和分析实验结果。
2. 搭建锁相环电路根据锁相环的基本原理和实验要求，设计和搭建一个简单的锁相环电路。
电路中包括相位比较器、低通滤波器、VCO和分频器等模块，并连接好电源和地线。
3. 实验操作步骤（1）将信号发生器的输出信号接入锁相环电路的输入端；（2）调节信号发生器的频率，观察锁相环的跟踪效果；（3）通过示波器观察锁相环输出信号的频率和相位稳定性。
基于单片机的颜色检测器的设计与实现-毕业设计学位论文范文模板参考资料
定义了CIE XYZ基色系统：与RGB相关的想象的基色系统，但更适用于颜色的计算。
定义了CIE xyY颜色空间：一个由XYZ导出的颜色空间，它把与颜色属性相关的x和y从与明度属性相关的亮度Y中分离开。
定义了CIE色度图(CIE chromaticity diagram)：容易看到颜色之间关系的一种图。
XYZ系统和在它的色度图上表示的两种颜色之间的距离与颜色观察者感知的变化不一致，这个问题叫做感知均匀性(perceptual uniformity)问题，也就是颜色之间数字上的差别与视觉感知不一致。
为了解决颜色空间的感知一致性问题，专家们对CIE 1931 XYZ系统进行了非线性变换，制定了CIE1976 L*a*b*颜色空间的规范。事实上，1976年CIE规定了两种颜色空间，一种是用于自照明的颜色空间，叫做CIELUV，另一种是用于非自照明的颜色空间，叫做CIE1976 L*a*b*，或者叫CIELAB。这两个颜色空间与颜色的感知更均匀，并且给了人们评估两种颜色近似程度的一种方法，允许使用数字量ΔE表示两种颜色之差。
1.2
CIE（国际发光照明委员会）：原文为Commission Internationale de L'Eclairage（法）或International Commission on Illumination（英）。这个委员会创建的目的是要建立一套界定和测量色彩的技术标准。可回溯到1930年，CIE标准一直沿用到数字视频时代，其中包括白光标准（D65）和阴极射线管（CRT）内表面红、绿、蓝三种磷光理论上的理想颜色。CIE的总部位于奥地利维也纳。
为了便于国际对比,颜色的测量必须在CIE标准照明体或标准光源下进行。由于样品表面的结构特性,同样的物体在不同方向上具有不同的反射或透射,因此照明的几何状态对测色结果会有很大的影响。同时,照明光束的孔径和测量光束的孔径大小对颜色测量的结果也有影响,这些几何参数称为照明与观察条件。可见,为了交流、比较颜色测量的结果,必须严格规定照明与观察几何条件。
锁相环电路设计
锁相环电路设计锁相环电路是一种常见的电路设计，它可以用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
锁相环电路的基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
本文将介绍锁相环电路的基本原理、设计流程和应用。
一、锁相环电路的基本原理锁相环电路由相位检测器、环路滤波器、控制电压源和振荡器四部分组成。
其中，相位检测器用于检测输入信号和参考信号的相位差，环路滤波器用于滤波和放大控制电压，控制电压源用于产生控制电压，振荡器用于产生输出信号。
锁相环电路的工作原理如下：首先，输入信号和参考信号经过相位检测器比较，得到相位差。
然后，相位差经过环路滤波器滤波和放大，产生控制电压。
控制电压作用于振荡器，调整其频率和相位，使其与参考信号同步。
最后，输出信号经过除频器输出所需频率。
二、锁相环电路的设计流程锁相环电路的设计流程包括以下几个步骤：1. 确定输入信号和参考信号的频率范围和精度要求。
2. 选择合适的相位检测器和环路滤波器，根据输入信号和参考信号的特性确定其参数。
3. 选择合适的振荡器，根据输出信号的频率和精度要求确定其参数。
4. 设计控制电压源，根据环路滤波器的特性确定其参数。
5. 进行仿真和实验验证，调整参数，优化电路性能。
三、锁相环电路的应用锁相环电路广泛应用于频率合成、时钟恢复、数字信号处理等领域。
以下是几个典型的应用案例：1. 频率合成器：锁相环电路可以将参考信号的频率倍频或分频，产生所需的输出频率。
2. 时钟恢复器：锁相环电路可以从输入信号中恢复时钟信号，用于数字通信系统中的时钟同步。
3. 数字信号处理：锁相环电路可以用于数字信号的相位同步和频率同步，提高信号质量和可靠性。
四、总结锁相环电路是一种常见的电路设计，其基本原理是通过比较输入信号和参考信号的相位差，控制输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。
锁相环电路的设计流程包括确定输入信号和参考信号的特性、选择合适的电路元件、仿真和实验验证等步骤。
基于FPGA的全数字锁相环的设计与应用的开题报告
基于FPGA的全数字锁相环的设计与应用的开题报告一、选题背景和研究意义随着现代电子技术的快速发展，锁相环技术已经成为一种应用广泛的时钟和信号处理技术。
锁相环的作用主要是将输入信号的时钟同步到自己的时钟上，以提高系统的可靠性和精度。
特别是在通信、雷达、测量等领域，锁相环的应用非常广泛。
基于FPGA的全数字锁相环具有易于实现、灵活性高、可编程性强等优点，已经被广泛应用。
本课题将研究基于FPGA的全数字锁相环的设计与应用，旨在探究全数字锁相环在不同应用场景下的性能和特点，并提出相应的优化策略和算法，以期对相关领域的发展贡献一份力量。
二、研究内容和方法本课题研究内容主要包括以下三个方面：1. 基于FPGA的全数字锁相环的原理与实现：主要研究全数字锁相环的工作原理和实现方法，包括相位检测器、数字控制环路、数字滤波器等模块的设计与实现。
2. 全数字锁相环在通信领域中的应用：主要研究全数字锁相环在通信领域的应用，包括同步检测、时钟恢复等。
从实际应用出发，考虑锁相环在通信系统中的性能要求、关键技术以及优化策略等。
3. 全数字锁相环在雷达测量领域中的应用：主要研究全数字锁相环在雷达测量领域中的应用，包括实时采集、数字化处理等。
从实际应用出发，考虑锁相环在雷达测量系统中的性能要求、关键技术以及优化策略等。
本课题将采用理论分析与实验验证相结合的方法进行研究，通过FPGA平台的搭建与实验验证，探究不同场景下的设计方法和性能特点，并提出相应的优化方案。
三、预期研究成果本课题预期达到的主要研究成果包括：1. 基于FPGA的全数字锁相环的工作原理和实现方法，包括相位检测器、数字控制环路、数字滤波器等模块的设计与实现。
2. 探究全数字锁相环在通信领域和雷达测量领域中的性能和特点，提出相应的设计方案、算法和优化策略。
3. 实现基于FPGA的全数字锁相环并进行实验验证，验证全数字锁相环的性能和可靠性。
四、可行性分析本课题所需要的FPGA平台、实验仪器和相关软件等均已具备条件，并且本课题所涉及的理论和实验技术已经成熟，可行性较高。
锁相环仿真(基于MATLAB)
锁相环仿真1.锁相环的理论分析1．1锁相环的基本组成锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL,Phase-Locked Loop）。
锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。
锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。
锁相环通常由鉴相器（PD,Phase Detector）、环路滤波器（LF,Loop Filter）和压控振荡器（VCO,Voltage Controlled Oscillator）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图示：锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u D（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
1．2锁相环的工作原理1.2.1鉴相器锁相环中的鉴相器（PD）通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图示：鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。
则模拟乘法器的输出电压u D为：1.2.2 低通滤波器低通滤波器（LF）的将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C（t）。
即u C（t）为：式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：即则，瞬时相位差θd为对两边求微分，可得频差的关系式为上式等于零，说明锁相环进入相位锁定的状态，此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态，u c（t）为恒定值。
用于锁相环快速锁定的鉴频鉴相器设计
用于锁相环快速锁定的鉴频鉴相器设计寇先果;高博;龚敏【摘要】针对鉴频鉴相器（PFD）的盲区现象对锁相环路的锁定速度的影响，设计了一种PFD结构，可以实现锁相环路的快速锁定。
该结构在传统PFD的基础上，利用内部信号的逻辑关系进行逻辑控制，其输出特性呈现非线性；在输入相位差大于π时，抑制了复位脉冲的产生，避免了输入时钟边沿的丢失，有效消除了盲区，加快了锁相环的锁定速度。
设计采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺，采用全定制设计方法对该PFD结构进行了设计、仿真分析和验证。
结果表明，采用该PFD 结构的锁相环，在400 MHz工作频率下锁定时间为2.95μs，锁定速度提高了34.27%。
%Because of the effect on the lock speed of phase locked loopby the blind zone of phase frequency detector(PFD), the paper proposes a PFD circuit structure which can realise a quick lock acquisition of a phase locked loop. Based on the traditional PFD, the structure is designed with internal signal to control circuit logic, and its transfer characteristic is nonlinear. When the input phase error is lager t hanπ, the reset pulse signal is suppressed, and the input clock edge is avoided missing. The blind zone is eliminated effectively to speed up the lock acquisition of a phase locked loop. Based on SMIC 0.18μm standard CMOS process, the PFD circuit structure is designed, simulated, analysed and veriifed in full custom design method. The simulation results indicate that the PLL with the proposed PFD circuit structure can accelerate lock acquisition by 34.27%, and its locking time is 2.95 μs working in the freq uency of 400 MHz.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P23-27,32)【关键词】鉴频鉴相器;锁相环;盲区;锁定时间【作者】寇先果;高博;龚敏【作者单位】四川大学物理科学与技术学院微电子学系，成都610064;四川大学物理科学与技术学院微电子学系，成都610064;四川大学物理科学与技术学院微电子学系，成都610064【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言锁相环（PLL）在通信系统、微处理机、自动控制的时钟数据恢复、频率合成、时钟同步、调制与解调等领域有着广泛的应用，已经成为电子系统中不可或缺的基本模块。
基于锁相环的颜色识别系统设计
Ｏ 且 Ｌ ５７的频谱 范 围也可 以调节 ， Ｍ ６ 为我 们最大 限度 地 振 荡 器 ＶＣ 产 生 ，电压 控 制 振荡 器 的 自 由振荡 频 率 即无外 加 控 制 电 压 时 的振 荡 频 率 ） 由外 接定 时元 件 采集效 果最好 的光 和进 一 步 的调试 提供 了很 大 的灵 活 （
者 之间 只有 一定相 位差 而无 频率 差 。 接 在 ２ 的环 路 滤 波 电 容 Ｃ 与 内部 电阻 一 道 构 脚 成锁 相环 路 的 Ｒ Ｃ积 分滤 波 器 ，该滤 波 器 时 间常 数 的
大小在 很 大 程 度 上决 定 了锁相 环 路 的环 路 带 宽 Ｂ 的
大小 。 Ｂ 当 较 大 时 ， 捕获 范 围大而 稳定 性差 。 减小 Ｂ
器人 的感觉 器官 ， 时将外 界 的信 息反 馈给 机器人 ， 实 从 而使机 器人 根据这 些 信息 进行 动 作 。在现 实生 活 中循 线 完成 作 业 任 务 也 是 程 序 控 制机 器人 行 走 的 重 要 方 式。 本文 着重讲 述颜 色传 感器 的设计 和 制 作 ， 利用 传感
度 ，而 且灵敏 度高 。
２ Ｌ ６ Ｍ５ ７简介
Ｒ Ｃ Ｔ Ｔ确 定 。
选用 适 当 的定时 元件 ， 使 Ｌ ６ 可 Ｍ５ ７的振 荡频 率在 信 号 在鉴 相器 Ｐ Ｄ１中与 Ｖ Ｏ 的输 出信 号 鉴 相 ，相差 Ｃ
输 Ｌ ６为 ８ Ｍ５７ 脚直插式封装 ，其 内部结构见 图 １ 。 ０ ＯＨｚ ０ｋ ． １ ￣５０ Ｈｚ范围 内连续 变 化 。电路工 作 时 ， 入
关 键词 ：锁 相环 ｝颜 色 识 别 ； 设 计 中 田 分 类号 ：Ｔ ２ ２ １ Ｐ １ ．４ 文 献 标 识码 ：Ａ 、
基于单片机便携式颜色自适应识别电路的设计
基于单片机便携式颜色自适应识别电路的设计颜色识别是模式识别领域的一个重要研究方向，利用颜色识别技术能使传统依靠人眼进行颜色判别的方法发生根本变革。
这种新型技术采用颜色传感器获取外界的颜色信息，进而通过基于计算机的信号处理技术实现颜色的精确识别。
颜色识别技术经历了传统模拟识别方法和现代数字化识别两个阶段。
传统的颜色识别方法采用模拟颜色探测器件来进行外界颜色获取，这种探测器件通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤光片，经过光电转换产生对应的模拟信号；如果用微控制器对这些模拟信号进行处理，就必须采用额外的AD转换电路才能实现和微控制器的接口，而AD转换电路的引入增加了信号的处理时间，对整个系统的速度有很大的影响；此外，由于一般的AD转换存在量化误差，系统的精度受到很大的限制，这些使得传统的颜色识别方法逐渐被现在的数字式化的颜色识别技术所替代。
随着半导体技术的发展，数字式的颜色传感器逐步取代了传统的光电二极管传感器，这种技术把颜色传感器所需的光学、机械、电子等信号处理集成在很小的芯片上极大地缩小了颜色传感器的体积。
由于这种传感器输出的是数字量，因此可以通过数字处理技术来提高探测速度并保持检测器输出信号的精度。
例如采用改进的动态检测方法来提高颜色探测的速度，采用数字电路来处理颜色数据等。
虽然数字传感器已经取得了一些成功，但其应用于市场的技术还不够成熟，随着美国TAOS（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的颜色传感器TCS230的面世，数字传感器才真正被工程师们采用。
这种颜色传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择、数字输出等特点。
本文采用TCS230来作为系统的探测部分，基于该器件设计的颜色识别系统可以应用于军事领域，也可以应用于电致变色材料的变色研究以便获得材料的变色参数。
1 TCS230简介1.1 主要特性TCS230是美国TAOS公司推出的可编程光到频率的转换器。
基于锁相环的颜色识别系统设计
基于锁相环的颜色识别系统设计
时玮;袁磊
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2006(000)003
【摘要】根据锁相环的原理,使用反射式光电传感器实现了系统的颜色识别.该方法可以用于循线机器人的导航和定位,传感器灵敏度高,抗干扰能力强.
【总页数】3页(P113-114,117)
【作者】时玮;袁磊
【作者单位】北京交通大学,北京,100044;北京交通大学,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.14
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4.基于单片机的颜色识别及分拣系统设计 [J], 徐小艳;崔雪英(指导)
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一种基于锁相环的智能交通灯控制系统
一种基于锁相环的智能交通灯控制系统
程静
【期刊名称】《甘肃科技纵横》
【年(卷),期】2016(045)001
【摘要】随着经济的不断发展,交通堵塞问题日益严重.本论述设计了一种智能化的交通灯控制系统,该系统采用STC89C52为核心控制芯片,利用锁相环技术进行实时车流量检测,根据实时车流量智能分配绿灯配时比例和周期,从而提高交通路口的通行能力,达到缓解交通堵塞的目的.
【总页数】3页(P8-10)
【作者】程静
【作者单位】西安邮电大学,陕西西安710121
【正文语种】中文
【中图分类】TP37
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5.一种智能交通灯控制系统 [J], 陈震;李平
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第3期(总第136期)2006年6月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.3Jun.文章编号:1672-6413(2006)03-0113-02基于锁相环的颜色识别系统设计时 玮,袁 磊(北京交通大学,北京 100044)摘要:根据锁相环的原理,使用反射式光电传感器实现了系统的颜色识别。
该方法可以用于循线机器人的导航和定位,传感器灵敏度高,抗干扰能力强。
关键词:锁相环;颜色识别;设计中图分类号:T P 212.14 文献标识码:A收稿日期:2005-11-01;修回日期:2005-12-25作者简介:时玮(1984-),男,山西长治人,本科在读。
0 引言智能机器人可获取、处理和识别多种信息,自主地完成较为复杂的任务,自动机器人的核心技术是导航技术,传感器是机器人和现实世界之间的纽带,它是机器人的感觉器官,实时将外界的信息反馈给机器人,从而使机器人根据这些信息进行动作。
在现实生活中循线完成作业任务也是程序控制机器人行走的重要方式。
本文着重讲述颜色传感器的设计和制作,利用传感器实现机器人的导航和定位。
1 传感器原理反射式光电传感器在机器人中有着广泛的应用。
它可以用来检测地面明暗和颜色的变化,也可以探测有无接近的物体。
这种光电传感器的基本原理是,自带一个光源和一个光接收装置,光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收,再经过相关电路的处理得到所需要的信息。
相应地,光谱范围、灵敏度、抗干扰能力、输出特性等都是反射式光电传感器的重要参数。
利用集成锁相环路检码器LM 567实现的调制传感器,由于电路发射和接受的是调制光,所以可避免环境光的干扰。
通过LM 567可振荡出不同频率的波,而且LM 567的频谱范围也可以调节,为我们最大限度地采集效果最好的光和进一步的调试提供了很大的灵活度,而且灵敏度高。
2 LM 567简介LM 567为8脚直插式封装,其内部结构见图1。
LM 567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AM P 、电压控制振荡器VCO 等单元电路。
鉴相器图1 L M 567内部结构PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路,在输入小信号情况下(约几十m V),其输出为正弦鉴相特性,而在输入大信号情况下(几百m V 以上),其输出转变为线性(三角)鉴相特性。
锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO 产生,电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)由外接定时元件RTCT 确定。
选用适当的定时元件,可使LM 567的振荡频率在0.01Hz ～500kHz 范围内连续变化。
电路工作时,输入信号在鉴相器PD1中与VCO 的输出信号鉴相,相差信号经滤波回路滤波后,成为与相差成一定比例的电压信号,用于控制VCO 输出频率f o 跟踪输入信号的相位变化。
若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内,则环路锁定,在振荡器输出频率与输入频率相同时,二者之间只有一定相位差而无频率差。
接在2脚的环路滤波电容C 2与内部电阻一道构成锁相环路的RC 积分滤波器,该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽B W 的大小。
当B W 较大时,捕获范围大而稳定性差。
减小B W 则正好相反,其稳定性较好而捕获范围变小。
根据LM567的公司技术文档,LM 567的环路带宽B W 由下面的经验公式近似计算:B W =1070V if o C 2。
式中:V i ——输入信号的幅值,m V;f o ——自由振荡的频率,H z;C 2——滤波电容, F 。
实际上,由上式计算得出的并不是环路带宽B W的实际值,而是环路带宽B W 与环路中心频率f o 的百分比,实际应用中调整C 2的大小可使B W 在0～4%范围内变化。
LM 567在正常工作时的最小输入信号为20m V 。
LM 567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。
3 硬件设计根据实际设计需要,我们利用LM 567的“频率继电器”工作方式设计了一个反射式光电颜色识别电路,用于机器人的颜色传感器的信号发射和接收。
检测中的红外光源由红外发光管提供,其驱动信号来自一个由CM OS 门构成的振荡器,重复频率约为10kHz 。
采用脉冲信号驱动红外发光管,并且利用锁相环路解码以提高检测灵敏度并消除背景光的干扰。
在接收端为提高检测灵敏度,在光敏接收监视至锁相环路解码器之间插入一级交流放大器,以对光敏接收管接收到的微弱信号进行放大。
当锁相环路解码器输入信号的幅度大于20m V 且频率落入锁相环路的捕获带时,环路立即对输入信号锁定。
经过鉴相,在输出端输出低电平,即为检测输出信号。
颜色传感器信号框图见图2。
实验结果表明,捕获带的带宽B W 与光电检测器的工作性能有很大关系。
一般来说,捕获带越窄,环路抗干扰性就越强。
但过窄的捕获带会使发射端驱动信号重复频率f o 在外界温度、电源电压及元器件老化等因素影响下发生漂移,从而导致捕获困难,严重时电路可能无法正常工作,因而需要折衷考虑。
一般在1%～3%为宜,在我们的电路中B W 宽度约为2%。
图2 颜色传感器信号框图4 传感器探头的制作发光二极管作传感器的LED 要求其亮度高、颜色和光斑形状合适。
常用的接收管有硅光电二极管、硅光电三极管、光敏电阻三种。
光电二极管产生的电流小(微安级),需要高倍放大,但是速度很高,可以高频调制,在遮光状态下的特性类似普通二极管,使用时加反向电压,输出与光照强度近似成正比的光电流。
如识别白色时,可以用白色管;如果背景是绿色,红光比较好用。
但是背景有红、绿、蓝各种颜色特别是红色时,红光的区分度就不大了。
为了避免镜面反射,使用平行的发光管和接收管,在指向待测点的前提下,应不要垂直于待测表面,应该有个倾角。
另外,探头的安装离待测点的距离要根据电路灵敏度和信噪比来定,非调制的传感器探头要注意遮光。
发射管和接收管一个直立一个倾斜,指向同一个位置,相邻的探头距离要合适。
传感器探头与被测物之间的距离影响着输出信号,可能会造成不同颜色信号的交叉,形成测量误差,所以存在某一最佳距离对输出特性影响最小。
5 结束语采用上述方案构成的光电检测器的灵敏度和可靠性均能达到令人满意的效果。
实际应用中,该电路能在距检测光电头50m m 以外准确地分辨出直径为0.5m m 的电子元件引线。
参考文献:[1] 闫军.如何选择颜色传感器[J ].传感器世界,2001,7(10):25-27.[2] 刘增辉.颜色传感器技术研究进展[J ].传感器技术,2003,22(4):1-4.[3] 刘太健,夏哲雷,卫力.集成锁相环路解码器L M 567及其在检测电路中的应用[J ].国外电子元器件,2000(1):30-31.(英文摘要转第117页)・114・ 机械工程与自动化 2006年第3期 从图5中可看出,z 曲线的趋势有明显平滑,22℃～30℃温度范围内数字量变化从补偿前的40个字变为补偿后的15个字以内。
x 曲线、y 曲线也有了很大改善,说明温度补偿对陀螺零点的稳定起到了较大作用。
图6 航向和姿态角漂移(5min )5 结论微惯性测量组合中,微电子元器件对温度变化的承受程度不同,温度对器件的稳定性具有较大影响,在进行系统设计和调试过程中,必须考虑温度影响,并对系统进行温度补偿。
本文采用的补偿方法使系统性能得到了很大改善,是可行的。
参考文献:[1] 刘爱琴,曹利培.DS1620温度传感器及其应用[J].电子工程师,2003,29(8):36-37.[2] 滕玉琨.陀螺漂移与温度动态过程的试验分析[J].中国惯性技术学报,1997,5(1):22-26.[3] 方崇智,萧德云.过程辨识[M ].北京:清华大学出版社,1988.Research on Gyro Compensation in Strap -downInertial Navigation SystemWU Qi -zhou(Dept .of Au tomatic Control ,North Univer sity of China ,T aiyuan 030051,Chin a )Abstract :T he pa per is about calculating the att itude of the o bjects by quater nion in the micr o heading and at titude system.N um ero us ex periment s car ried in labo rat or y indicate t hat temper atur e has affected the system capabilit y.T his paper has a r esearch about the tempera tur e compensa tio n to gy ro scopic zer o -bias and the r esult is that co mpensation has g oo d effect o n the sy stem stability .Key words :micr o-silico n-gy ro ;iner tial measur ement ;temper ature compensatio n(上接第114页)Design of Color Recognition System Based on Phase -locked LoopSHI Wei ,YUAN Lei(Beijing Jiaotong U nivers ity,Beijing 100044,Chin a)Abstract :A cco rding to t he theor y o f phase-locked lo op,we use r eflected photo electr ic senso r to carr y o ut the color r ecog nitio n.T he method int ro duced in the paper can be used to lead and o r ient a ro bo t .T he sensor has high sensitivit y and w ell ant i -distur bance capability.Key words :phase-lo cked lo op;co lo r r ecog nitio n;design・117・ 2006年第3期 机械工程与自动化。