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- 1029342
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- 男
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0 引言
在如今的科研和工程上，CCD的应用越来越广泛，但是其驱动脉冲和信号的采集的要求较高，一般需要CPLD或者DSP等比较复杂的微控制器来承担主要控制任务。这些方案较单片机而言，操作难度大，起点高，而且成本相对较高，然而单片机因为种种限制，很少有合适的驱动和采集方案，一些己发表的论文中，虽然提出了概念，但是经测试，很难实施，所以本文提出了一种新型的利用单片机驱动CCD的方案，此方案基于C8051F020单片机，能够对CCD进行良好、高速的驱动，同时进行采集，并通过RS232接口与电脑通讯，在电脑上重组数据，完成对光信号的分析等功能。经实验，本方案效果良好，同时，本方案采用Labview进行人机交互界面的设计，灵活性高，能够根据需要，将CCD改变成位置传感器等其他用途。
1 CCD简介
1．1 CCD基本原理
CCD(电荷耦合元件)是一种半导体器件，由许多排列整齐的电容组成，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容，最终通过脉冲的控制，逐个测量每个电容的电荷量，得到光强值。
1．2 TCD1206型线阵CCD引脚及主要参数
本设计采用的是TCD1200D型线阵CCD传感器。TCD1200D是一种高灵敏度、低暗电流、2160像元的线阵CCD图像传感器。该传感器可用于传真、图像扫描和OCR。该器件的内部信号预处理电路包含采样保持和输出预放大电路。它包含一列2160像元的光敏二极管，当扫描一张B4的图纸时，可达到8线／毫米(200DPI)的精度。其引脚及原理如图1所示。
TCD1200D线阵CCD传感器特性：
·像敏单元数目：2160像元
·像敏单元大小：14×14×14 μ m(相邻像元中心距为14 μ m)
·光敏区域：采用高灵敏度PN结作为光敏单元
·时钟：二相(5V)
·内部电路：包含采样保持电路，输出预放大电路
·封装形式：22脚DIP封装。
1．3 TCD1200型线阵CCD驱动采集脉冲要求
该型号的CCD驱动需要发送SH、φ1、φ2、RS等脉冲，而采集需要差分OS和DOS两路信号，具体脉冲要求如图2所示。
其中SH为积分脉冲，高电平的时候，CCD像元开始累积电荷，低电平的时候停止积累；φ1、φ2为两路反相的驱动脉冲，其主要作用是控制电荷的转移；RS为信号触发脉冲，每个下跳沿会触发一个像元释放电荷，从而将电信号输出；OS则是输出信号，在经过13个哑元输出和光屏蔽输出后，输出有用信号；DOS则是参考电平信号，与OS差分之后，得到最终的信号输出。这些脉冲的要求频率高(例如RS典型频率参考值是1 MHz)，相互之间匹配要求高，因而一般单片机的操作难以完成。 |
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