基于單片機(jī)的線陣CCD驅(qū)動(dòng)及采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：文章介紹一種新型的基于單片機(jī)的線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過C8051F020型單片機(jī)作為下位機(jī)，完成CCD驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采集以及與計(jì)算機(jī)(上位機(jī))通訊等工作。這種方案切實(shí)有效地解決了CCD驅(qū)動(dòng)脈沖復(fù)雜、頻率要求較高，普通單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的問題。大量反復(fù)的實(shí)驗(yàn)表明，此設(shè)計(jì)具有很高的可移植性、可操作性，并己應(yīng)用于一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)之中，效果良好，穩(wěn)定方便。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；C8051F020；線陣CCD；Labview

0 引言
在如今的科研和工程上，CCD的應(yīng)用越來越廣泛，但是其驅(qū)動(dòng)脈沖和信號(hào)的采集的要求較高，一般需要CPLD或者DSP等比較復(fù)雜的微控制器來承擔(dān)主要控制任務(wù)。這些方案較單片機(jī)而言，操作難度大，起點(diǎn)高，而且成本相對(duì)較高，然而單片機(jī)因?yàn)榉N種限制，很少有合適的驅(qū)動(dòng)和采集方案，一些己發(fā)表的論文中，雖然提出了概念，但是經(jīng)測試，很難實(shí)施，所以本文提出了一種新型的利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)CCD的方案，此方案基于C8051F020單片機(jī)，能夠?qū)CD進(jìn)行良好、高速的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行采集，并通過RS232接口與電腦通訊，在電腦上重組數(shù)據(jù)，完成對(duì)光信號(hào)的分析等功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，本方案效果良好，同時(shí)，本方案采用Labview進(jìn)行人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，靈活性高，能夠根據(jù)需要，將CCD改變成位置傳感器等其他用途。

1 CCD簡介
1．1 CCD基本原理
CCD(電荷耦合元件)是一種半導(dǎo)體器件，由許多排列整齊的電容組成，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容，最終通過脈沖的控制，逐個(gè)測量每個(gè)電容的電荷量，得到光強(qiáng)值。
1．2 TCD1206型線陣CCD引腳及主要參數(shù)
本設(shè)計(jì)采用的是TCD1200D型線陣CCD傳感器。TCD1200D是一種高靈敏度、低暗電流、2160像元的線陣CCD圖像傳感器。該傳感器可用于傳真、圖像掃描和OCR。該器件的內(nèi)部信號(hào)預(yù)處理電路包含采樣保持和輸出預(yù)放大電路。它包含一列2160像元的光敏二極管，當(dāng)掃描一張B4的圖紙時(shí)，可達(dá)到8線／毫米(200DPI)的精度。其引腳及原理如圖1所示。

TCD1200D線陣CCD傳感器特性：
·像敏單元數(shù)目：2160像元
·像敏單元大?。?4×14×14 μ m(相鄰像元中心距為14 μ m)
·光敏區(qū)域：采用高靈敏度PN結(jié)作為光敏單元
·時(shí)鐘：二相(5V)
·內(nèi)部電路：包含采樣保持電路，輸出預(yù)放大電路
·封裝形式：22腳DIP封裝。