CCD光電測量信號的高速傳輸與控制設(shè)計.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)定和能進行自掃描等優(yōu)點，配置適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)和合適的外圍驅(qū)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(lǐng)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(shè)計了一種適用于非接觸測量領(lǐng)域的CCD光電信號數(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，實現(xiàn)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(chǎn)生線陣CCD驅(qū)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(shù)據(jù)的復位配置信號，選用Altera公司的QuartusⅡ軟件對所設(shè)計的驅(qū)動和控制程序進行了仿真，并用數(shù)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(shè)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(qū)動以及固件程序的編寫，實現(xiàn)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(xiàn)采集系統(tǒng)與計算機之間的高速數(shù)據(jù)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(luò)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(shù)據(jù)采集卡要求，結(jié)合光學技術(shù)與信號處