基于單片機的線(xiàn)陣CCD驅動(dòng)及采集系統的設計

摘要：文章介紹一種新型的基于單片機的線(xiàn)陣CCD驅動(dòng)電路的設計。系統通過(guò)C8051F020型單片機作為下位機，完成CCD驅動(dòng)、信號采集以及與計算機(上位機)通訊等工作。這種方案切實(shí)有效地解決了CCD驅動(dòng)脈沖復雜、頻率要求較高，普通單片機難以實(shí)現的問(wèn)題。大量反復的實(shí)驗表明，此設計具有很高的可移植性、可操作性，并己應用于一些光學(xué)實(shí)驗之中，效果良好，穩定方便。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；C8051F020；線(xiàn)陣CCD；Labview

0 引言
在如今的科研和工程上，CCD的應用越來(lái)越廣泛，但是其驅動(dòng)脈沖和信號的采集的要求較高，一般需要CPLD或者DSP等比較復雜的微控制器來(lái)承擔主要控制任務(wù)。這些方案較單片機而言，操作難度大，起點(diǎn)高，而且成本相對較高，然而單片機因為種種限制，很少有合適的驅動(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驅動(dòng)CCD的方案，此方案基于C8051F020單片機，能夠對CCD進(jìn)行良好、高速的驅動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行采集，并通過(guò)RS232接口與電腦通訊，在電腦上重組數據，完成對光信號的分析等功能。經(jīng)實(shí)驗，本方案效果良好，同時(shí)，本方案采用Labview進(jìn)行人機交互界面的設計，靈活性高，能夠根據需要，將CCD改變成位置傳感器等其他用途。

1 CCD簡(jiǎn)介
1．1 CCD基本原理
CCD(電荷耦合元件)是一種半導體器件，由許多排列整齊的電容組成，能感應光線(xiàn)，并將影像轉變成數字信號。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給它相鄰的電容，最終通過(guò)脈沖的控制，逐個(gè)測量每個(gè)電容的電荷量，得到光強值。
1．2 TCD1206型線(xiàn)陣CCD引腳及主要參數
本設計采用的是TCD1200D型線(xiàn)陣CCD傳感器。TCD1200D是一種高靈敏度、低暗電流、2160像元的線(xiàn)陣CCD圖像傳感器。該傳感器可用于傳真、圖像掃描和OCR。該器件的內部信號預處理電路包含采樣保持和輸出預放大電路。它包含一列2160像元的光敏二極管，當掃描一張B4的圖紙時(shí)，可達到8線(xiàn)／毫米(200DPI)的精度。其引腳及原理如圖1所示。

TCD1200D線(xiàn)陣CCD傳感器特性：
·像敏單元數目：2160像元
·像敏單元大?。?4×14×14 μ m(相鄰像元中心距為14 μ m)
·光敏區域：采用高靈敏度PN結作為光敏單元
·時(shí)鐘：二相(5V)
·內部電路：包含采樣保持電路，輸出預放大電路
·封裝形式：22腳DIP封裝。