建筑玻璃贴膜厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
建筑玻璃贴膜厂家
热门搜索:
技术资讯
当前位置:首页 > 技术资讯

一种基于高速超微型单片机的CCD驱动电路设计

发布时间:2020-07-21 17:21:57 阅读: 来源:建筑玻璃贴膜厂家

CCD作为一种光电转换器件,由于其具有精度高、分辨率好、性能稳定等特点,目前广泛应用于图像传感和非接触式测量领域。在CCD应用技术中,最关键的两个问题是CCD驱动时序的产生和CCD输出信号的处理。对于CCD输出信号,可以根据CCD像素频率和输出信号幅值来选择合适的片外或片内模数转换器;而对于CCD驱动时序,则有几类常用的产生方法。

1 常用的CCD驱动时序产生方法

CCD厂家众多,型号各异,其驱动时序的产生方法也多种多样,一般有以下4种:

(1)数字电路驱动方法

这种方法是利用数字门电路及时序电路直接构建驱动时序电路,其核心是一个时钟发生器和几路时钟分频器,各分频器对同一时钟进行分频以产生所需的各路脉冲。该方法的特点是可以获得稳定的高速驱动脉冲,但逻辑设计和调试比较复杂,所用集成芯片较多,无法在线调整驱动频率。

(2)EPROM驱动方法

这种驱动电路一般在EPROM中事先存放所有的CCD时序信号数据,并由计数电路产生EPROM的地址使之输出相应的驱动时序。该方法结构相对简单、运行可靠,但仍需地址产生硬件电路,所需EPR0M容量较大,同样也无法在 线调整驱动频率。

(3)微处理器驱动方法

这种方法利用单片机或DSP通过程序直接在I/O口上输出所需的各路驱动脉冲,硬件简单、调试方便、可在线调整驱动频率。但由于是依靠程序来产生时序,如果程序设计不合理,会造成时序不均匀;而且往往会造成微处理器资源浪费;通常驱动频率不高,除非采用高速微处理器。

(4)可编程逻辑器件驱动方法

这种设计方法就是利用CPLD、FPGA等可编程逻辑器件来产生时序驱动信号,硬件简单、调试方便、可靠性好,而且可以得到较高的驱动频率。同样也可在线调整驱动频率。电路设计完成以后,如果想更改驱动时序,只需将器件内部逻辑重新编程即可。

以上4类方法中目前常用的是微处理器驱动方法(通常又称为“软件驱动”法)和可编程逻辑器件驱动方法(又称“硬件驱动”法)。由于在CCD应用系统中,一般都要用到微处理器,所以若采用“软件驱动”法,则无需增加硬件,在电路结构上最为简单,系统成本也最低,因此,只要能克服其驱动频率低、资源浪费多、时序不均匀等缺点,无疑是一种理想的驱动方法。本文结合Toshiba公司的TCDl206线阵CCD,介绍如何利用C8051F300来产生其要求的驱动时序。

2 硬件设计

如图1所示,虚线框内的电路构成CCD驱动处理板。安装在CCD相机内部。系统处理器采用美国Silabs公司推出的超微型高速8位单片机C8051F300,CCD采用Toshiba公司的高灵敏度线阵CCD图像传感器芯片TCDl206,双电压供电的总线驱动器LVC4245解决了单片机(3.3V)和CCD(5V)二者之间的电平匹配。CCD驱动脉冲由C8051F300提供,其像素输出电压经高速运放AD8031处理,由U0引脚引到外部,同时向外部提供像素同步信号PS和行同步信号FS(由PO.6、P0.7经LVT245总线驱动器所得)。

U0、PS、FS这3个信号供外部处理器采集CCD像元输出。另外,有时可能要在线调整CCD的某些参数(如驱动频率、积分时间等),为此设置了RS232串口与外部处理器进行通信。

2.1 TCD1206

TCD1206是Toshiba公司生产的高灵敏度二相双沟道线阵CCD图像传感器芯片,2160个有效像素点,像素频率为0_3~2MHz(本系统为1.MHz),其驱动时序波形如图2所示。

图2中:φl、φ2为像素脉冲,两者互为反相,RS为复位脉冲.SH为光积分脉冲,OS为像元输出,DOS为像元补偿输出。当SH为低电平时,在φ1、φ2交变后,OS输出像元电压信号,随后发RS脉冲,以便去掉信号输出缓冲中的残余电荷,为下一点像素电压输出做准备。各脉冲具体时序关系可参见参考文献。

2.2 C8051F300

C8051F系列单片机其CPU内核采用流水线结构,机器周期由标准8051的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期,使其执行速度在相同晶振下是标准8051的12倍,处理能力大大提高,大部分C8051F单片机的峰值处理速度是25M1PS,而C8051F12X、13X系列的峰值处理速度则达到了100MIPS。C8051F系列单片机功能齐全,性能优异,其整体性能超过很多目前的16位单片机,甚至在一些低端应用中可取代低速的16位DSP器件,目前在仪器仪表、工业控制、嵌入式产品等领域日益得到广泛应用。

C8051F300是C8051F系列中的超微型高速混合系统级单片机,是目前世界上最小封装的8位单片机,11个引脚,封装在面积为3ram

18 Python 编程案例实践

Wiki宝典

Android 拖动条 SeekBar