CCD光電測量信號的高速傳輸與控制設計.pdf

1、電荷耦合器件(CCD)是一種固體光電轉化成像器件，具有像元尺寸小，幾何精度高，性能穩(wěn)定和能進行自掃描等優(yōu)點，配置適當的光學系統(tǒng)和合適的外圍驅動與控制處理電路，可以獲得很高的空間分辨率，特別適用于各種精度圖像傳感和非接觸式光電測量領域。例如鐵路方面火車輪軌磨損檢測、橋梁和軌道振動的測量等。
　　 本文通過對CCD工作原理和特性的分析，設計了一種適用于非接觸測量領域的CCD光電信號數據采集系統(tǒng)。采用ADC(AnalogtoDigit

2、alConverter，模擬到數字轉換器)+CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，復雜可編程邏輯器件)+FIFO(FirstInFirstOut，數據緩存器)+USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)的數字處理方案，實現了CCD光電測量信號的高速傳輸與控制功能，分析了各種光照強度下采集到的CCD信號變化規(guī)律。
　　 系統(tǒng)中以電荷耦合器件(CCD)TCD1703C作為光電測量信

3、號采集的感光元件，以CPLD(EPM240)作為控制核心。利用VHDL語言進行硬件描述以產生線陣CCD驅動時序、高速A/D芯片(THS12082)的初始化與采樣控制信號以及FIFO(SN74V273)緩存數據的復位配置信號，選用Altera公司的QuartusⅡ軟件對所設計的驅動和控制程序進行了仿真，并用數字示波器觀察輸出波形；并針對TCD1703C芯片的特點，采用差分放大加低通濾波的電路設計對其輸出信號進行預處理。對Cypress公司

4、的EZ-USBFX2LP系列LJSB接口芯片CY7C68013A進行了開發(fā)，通過對USB驅動以及固件程序的編寫，實現了通過USB2.0(CY7C68016A)的GPIF接口模式完成控制信號的發(fā)送以及實現采集系統(tǒng)與計算機之間的高速數據傳輸，并在上位機界面進行顯示。
　　 通過實驗測試表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，隨光照位置變化能精確定位CCD信號包絡峰值位置。整個系統(tǒng)的速度和精度已滿足多種非接觸測量的硬件數據采集卡要求，結合光學技術與信號處