一種基于單片機(jī)的新型線陣CCD電路

1、一種基于單片機(jī)的新型線陣CCD電路        摘 要： 本文在綜合幾種傳統(tǒng)的線陣CCD驅(qū)動時序產(chǎn)生方法優(yōu)、缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于單片機(jī)的新型線陣CCD驅(qū)動電路，結(jié)合一款常用芯片TCD1500C，詳細(xì)介紹了該方法的具體實(shí)現(xiàn)。  引言不同廠家、不同型號的CCD的驅(qū)動時序是不同的，加之對不同性能、不同應(yīng)用場合的體積、成本、靈活性要求不同，于是產(chǎn)生了眾多的驅(qū)動時序的產(chǎn)生方法，主要有直接數(shù)字電路驅(qū)動、單片機(jī)口驅(qū)動、EPROM驅(qū)動、專用IC驅(qū)動等常用的驅(qū)動時序的產(chǎn)生方法。但是它們存在著邏輯設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、調(diào)試

2、困難、柔性較差、驅(qū)動時鐘低等缺點(diǎn)。本文在綜合各種驅(qū)動時序方法的基礎(chǔ)上，提出了的一種基于單片機(jī)的新型驅(qū)動電路。該電路使用獨(dú)立的時鐘源產(chǎn)生精確的時鐘脈沖，采用可編程定時計(jì)數(shù)芯片和單片機(jī)控制相結(jié)合的方法，使電路產(chǎn)生穩(wěn)定、精確、高速的驅(qū)動脈沖，該電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、CPU占用率低，降低了系統(tǒng)的總體成本，而且具有良好的柔性，只需要改變驅(qū)動軟件就可以應(yīng)用于不同的CCD芯片，更適合于工業(yè)測量用途。驅(qū)動電路基本組成基于單片機(jī)的新型線陣CCD驅(qū)動電路主要由脈沖發(fā)生電路、分頻電路、控制電路、脈寬調(diào)制電路等組成，如圖1所示。通常時鐘脈沖可取自以下途徑：單片機(jī)XTAL端、ALE端、獨(dú)立脈沖源。其中取自XTAL端時

3、，經(jīng)分頻電路得到的脈沖頻率受限制；取自ALE端的脈沖在單片機(jī)訪問外部存儲器的時候丟失，精度受影響；而取自獨(dú)立脈沖源的脈沖因其獨(dú)立性而精度較高，且所產(chǎn)生的脈沖頻率可自由選擇，穩(wěn)定性好，因此本驅(qū)動電路選用獨(dú)立脈沖源。分頻電路可以選用D觸發(fā)器/JK觸發(fā)器，如74LS(HC)74、74LS(HC)76，均帶置位、清零端，較易控制；也可以選用計(jì)數(shù)器，如74LS(HC)163(可預(yù)置)，8253(2MHZ可編程)，82(C)54(10MHZ可編程)。為了便于調(diào)試和增加系統(tǒng)的柔性，本驅(qū)動電路選用具有較高頻率的82C54，它含有3個16位減法計(jì)數(shù)器， 6種工作方式。其中工作方式2時，起頻率發(fā)生器的作用，CLK

4、端輸入脈沖使計(jì)數(shù)器減1，計(jì)數(shù)器減到1時停止計(jì)數(shù)，并使OUT端輸出負(fù)脈沖；方式3起方波發(fā)生器作用，(N+1)/2計(jì)數(shù)完成之前為高電平，對余下的(N-1)/2計(jì)數(shù)時輸出低電平?？刂齐娐分饕蓡纹瑱C(jī)AT89C51及邏輯門電路組成。AT89C51最高工作頻率達(dá)24MHz，內(nèi)含4KB的Flash存儲器。用于82C54的初始化、控制計(jì)數(shù)脈沖的通斷、計(jì)數(shù)器的啟動、停止及完成系統(tǒng)中其它任務(wù)。脈寬調(diào)制電路主要由阻容電路、單穩(wěn)態(tài)電路(如74LS/HC123)組成。該電路主要用于調(diào)整各驅(qū)動脈沖之間的相位關(guān)系。74LS(HC)123是可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在觸發(fā)脈沖的上升沿(接B端)或下降沿(接A端)的作用下，輸出Q

5、為高電平，經(jīng)過延時Tw后，輸出Q返回低電平；如果輸出高電平期間，觸發(fā)脈沖又到來，則高電平又會從此刻延時Tw，因此如果觸發(fā)脈沖在高電平期間不斷到來，則高電平將要被無限期的延遲，即輸出為高電平；當(dāng)外接電阻為R且電容C>1000pF時，Tw=0.45 * R *C 。圖1驅(qū)動電路原理圖圖2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)實(shí)例系統(tǒng)組成本系統(tǒng)用于測量螺旋槳轉(zhuǎn)動過程中的槳葉的偏振角。由于螺旋槳具有剛性，其轉(zhuǎn)動過程中不僅存在擺動，而且存在振動，對其偏擺角的測量需要在螺旋槳轉(zhuǎn)動過程中采集其瞬態(tài)的位置，利用CCD的成像特性，將螺旋槳瞬態(tài)的位置信息通過CCD成像，光信號轉(zhuǎn)換為電荷信號，經(jīng)過信號處理電路，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳輸給C

6、PU處理。系統(tǒng)框圖如圖2所示。系統(tǒng)中的光源可以選用有源光源或自然光，根據(jù)測試現(xiàn)場環(huán)境、安裝空間、體積等因素綜合考慮；光學(xué)系統(tǒng)可根據(jù)測試現(xiàn)場的尺寸要求及視場要求，根據(jù)幾何光學(xué)公式計(jì)算選定；CCD選用日本東芝公司的TCD1500C，測量精度和分辨率都很高，內(nèi)有驅(qū)動器和采樣保持電路，輸出可以直接取除了調(diào)幅脈沖成分的視頻信號，并且只需3路驅(qū)動信號：SH、RS；信號處理電路用于對CCD輸出的視頻信號進(jìn)行濾波、放大、二值化、采樣等處理，便于DSP處理；主處理器采用數(shù)字信號處理器DSP圖3 TCD1500C驅(qū)動脈沖時序結(jié)語該驅(qū)動電路綜合了直接數(shù)字電路驅(qū)動方法具有較高的驅(qū)動頻率和單片機(jī)口驅(qū)動方法靈活性特點(diǎn)，還具有硬件電路簡單、成本低、軟件編程靈活、可直接方便的受主處理器控制等特點(diǎn)，而且在實(shí)際使用中穩(wěn)定可*，具有一定的實(shí)用價值。參考文獻(xiàn)1 日本TOSHIBA公司.電荷耦合器件手冊M.19982 王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)M.天津：天津大學(xué)出版社,19933 蔡文貴等.CCD技術(shù)及應(yīng)用M1.北京