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)

其中SH為積分脈沖，高電平的時(shí)候，CCD像元開(kāi)始累積電荷，低電平的時(shí)候停止積累；φ1、φ2為兩路反相的驅(qū)動(dòng)脈沖，其主要作用是控制電荷的轉(zhuǎn)移；RS為信號(hào)觸發(fā)脈沖，每個(gè)下跳沿會(huì)觸發(fā)一個(gè)像元釋放電荷，從而將電信號(hào)輸出；OS則是輸出信號(hào)，在經(jīng)過(guò)13個(gè)啞元輸出和光屏蔽輸出后，輸出有用信號(hào)；DOS則是參考電平信號(hào)，與OS差分之后，得到最終的信號(hào)輸出。這些脈沖的要求頻率高(例如RS典型頻率參考值是1 MHz)，相互之間匹配要求高，因而一般單片機(jī)的操作難以完成。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
如圖2所示，CCD的驅(qū)動(dòng)需要發(fā)送包括SH、φ1、φ2、RS等4個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖，其中RS的頻率范圍是0．02MHz到2MHz，典型值是1MHz。這種高頻率的脈沖，對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，難以獨(dú)立完成，所以本系統(tǒng)選用了一定的數(shù)字電路進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。同時(shí)由于C8051F020單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換最高值為500kHz，而CCD發(fā)送模擬信號(hào)的頻率(即OS的頻率)與RS相同，所以RS的頻率亦選為500kHz。
具體方案是用單片機(jī)自帶的PCA模塊發(fā)送穩(wěn)定的1MHz的方波脈沖，然后通過(guò)D觸發(fā)器(74HC74芯片)進(jìn)行2次分頻，獲得5V、0.5MHz和0.25M Hz的方波脈沖(兩種頻率都各有兩路電平總是相反的脈沖)，其中0．5MHz脈沖作為RS驅(qū)動(dòng)脈沖，0.25MHz的兩路脈沖分別作為φ1和φ2的脈沖。同時(shí)用定時(shí)器2檢測(cè)RS，進(jìn)行計(jì)數(shù)，確定SH的積分時(shí)間，發(fā)送符合要求的SH脈沖，同時(shí)SH的脈沖需要一個(gè)反相器，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換(3V～5V)，和發(fā)送D觸發(fā)器的控制脈沖。對(duì)于DOS的采集，本系統(tǒng)選用的是用OP27搭建的減法器和跟隨器進(jìn)行采集。
CCD的脈沖控制和信號(hào)A／D轉(zhuǎn)換工作主要由C8051F020單片機(jī)完成。如前所述，TX0和RX0配置在P0．O和P0．1，進(jìn)行RS232通訊；由P0．2口(PCA)發(fā)送1 MHz的穩(wěn)定方波脈沖；P0．3(T2)進(jìn)行RS (0．5 M Hz)的計(jì)數(shù)；A／D轉(zhuǎn)換觸發(fā)控制位(CNVSTR)連入引腳P0．4；P0．5通過(guò)定時(shí)器2控制，發(fā)送SH脈沖；P1．1為模擬輸入口，接收模擬信號(hào)。