CCD光電測(cè)量信號(hào)的高速傳輸與控制設(shè)計(jì).pdf

1、電荷耦合器件(CCD)是一種固體光電轉(zhuǎn)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(jìn)行自掃描等優(yōu)點(diǎn)，配置適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)和合適的外圍驅(qū)動(dòng)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(cè)量領(lǐng)域。例如鐵路方面火車(chē)輪軌磨損檢測(cè)、橋梁和軌道振動(dòng)的測(cè)量等。
　　 本文通過(guò)對(duì)CCD工作原理和特性的分析，設(shè)計(jì)了一種適用于非接觸測(cè)量領(lǐng)域的CCD光電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用ADC(AnalogtoDigit

2、alConverter，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器)+CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，復(fù)雜可編程邏輯器件)+FIFO(FirstInFirstOut，數(shù)據(jù)緩存器)+USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)的數(shù)字處理方案，實(shí)現(xiàn)了CCD光電測(cè)量信號(hào)的高速傳輸與控制功能，分析了各種光照強(qiáng)度下采集到的CCD信號(hào)變化規(guī)律。
　　 系統(tǒng)中以電荷耦合器件(CCD)TCD1703C作為光電測(cè)量信

3、號(hào)采集的感光元件，以CPLD(EPM240)作為控制核心。利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行硬件描述以產(chǎn)生線陣CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序、高速A/D芯片(THS12082)的初始化與采樣控制信號(hào)以及FIFO(SN74V273)緩存數(shù)據(jù)的復(fù)位配置信號(hào)，選用Altera公司的QuartusⅡ軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)和控制程序進(jìn)行了仿真，并用數(shù)字示波器觀察輸出波形；并針對(duì)TCD1703C芯片的特點(diǎn)，采用差分放大加低通濾波的電路設(shè)計(jì)對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)Cypress公司

4、的EZ-USBFX2LP系列LJSB接口芯片CY7C68013A進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)USB驅(qū)動(dòng)以及固件程序的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)USB2.0(CY7C68016A)的GPIF接口模式完成控制信號(hào)的發(fā)送以及實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，并在上位機(jī)界面進(jìn)行顯示。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(hào)包絡(luò)峰值位置。整個(gè)系統(tǒng)的速度和精度已滿足多種非接觸測(cè)量的硬件數(shù)據(jù)采集卡要求，結(jié)合光學(xué)技術(shù)與信號(hào)處