- 相關推薦
基子線陣CCD的長距離傳輸外總線的設計
摘要：介紹了線陣CCD光積分時間的自適應控制原理，推出了外總線接口電氣協(xié)議，完成了單同軸電纜雙向時分復用傳輸外總線的設計，滿足了長距離傳輸?shù)墓こ虒嵱靡蟆?線陣CCD在圖像傳感和測量技術領域的應用中發(fā)欣極為迅速。為滿足自適應測量的工程化需要，設計出了基于線陣CCD的單同軸電纜雙向時分復用傳輸外總線。
在數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)中，CCD視頻信號的最大幅度需要調(diào)理到ADC的滿量程。CCD信號的最大幅值的決定因素有三個：CCD器件的光電靈敏度、光積分時間和屯照度。在選定CCD器件后，該值只取決于光積分時間和光照度。
在不同工作現(xiàn)場和工作現(xiàn)場的不同時段，光強是經(jīng)常變化的，如果CCD器件的光積分時間固定，則光照度的變化將導致CCD視頻輸出信號幅值的變化。而實際上所希望的是，在光照度變化的情形下，應保持視頻輸出信號最大幅值穩(wěn)定，這可通過光積分時間的自適應控制來實現(xiàn)。 在CCD信號采用二值化數(shù)據(jù)處理和像元細分處理過程中，一幀數(shù)據(jù)中被檢測對象的量測信息往往在邊界特征和像元信號的幅度最值位置，故光積分時間的改變不影響靜態(tài)被測量。
1 CCD器件驅動簡介
現(xiàn)以TOSHIBA的TCDl501C為例進行介紹，其驅動脈沖波形如圖1所示。
當SH信號為低電平時，Φ1(包括Φ1O和Φ1E)電極下的勢阱和存儲柵勢阱隔離，CCD處于光積分狀態(tài)；當SH為高電平時，SH電極下形成的深勢阱溝通了存儲柵勢阱和Φ1電極下的勢阱，信號電荷包全部轉到移位寄存器，而后在Φ1E，O，B和Φ1E，O，B脈沖的作用下依次移位，最后經(jīng)輸出電路由OS端輸出。
SH的脈沖周期即為光積分時間。以像元信號的幅值為被控制量，通過改變SH的脈沖周期使視頻輸出的幅度最值保持在ADC的滿量程，從而實現(xiàn)光積分時間的自適應控制。
2 系統(tǒng)組成
該采集系統(tǒng)包括三大部分：CCD傳感頭、信號采集板和微型機。傳感頭和采集板之間采用單同軸電纜作為雙向復用傳輸總線，其原理框圖如圖2所示。
CCD的各驅動信號由CPLD產(chǎn)生，視頻輸出經(jīng)過驅動器進入同軸電纜。信號采集板通過ISA口和微機接口，板上采用FPGA作為電路的邏輯控制器，光積分脈沖由FPGA產(chǎn)生，其周期的調(diào)節(jié)由FPGA的VHDL軟件或微機采集軟件控制。在接口協(xié)議的調(diào)控下，將CCD視頻信號和光積分脈沖信號雙向時分復用單同軸電纜作為信號和控制的傳輸總線。
3 總線的電氣接口原理
CCD傳感頭中晶振選定后，Φ1和Φ2的信號頻率也隨之確定，
CCD像元視頻信號移位輸出時間也就固定了。例如：TCDl501C共5076個像元(除5000個曝光像元外，還有前64個和后12個啞元)， 晶振頻率為20MHz，CPLD輸出的Φ1和Φ2頻率為2．5MHz，視頻輸出速率為5MHz，所以一幀CCD信號輸出時間為5076／5MHz=1．0152ms。如果光積分時間為2ms，則在剩余近lms的時間內(nèi)，CCD輸出的是空操作，視頻信號幅值接近箝位高電平。總線原理和控制信號定時關系圖如圖3所示。
系統(tǒng)在上電初始狀態(tài)設置同軸電纜兩端開關電平，使光積分通道開通。從定時關系中可見，光積分脈沖的下降沿啟動ISA板和CCD傳感頭內(nèi)部邏輯計數(shù)器，同時使電纜兩端開關控制信號由光積分通道切換到CCD信號通道。因為CCD器件首先輸出的是一定數(shù)量的啞元信號，所選擇的SPDT(單刀雙擲)開關的開關切換時間遠遠小于前面啞元信號的總輸出時間，故開關切換到CCD信號通道的時間對于曝光像元信號的輸出沒有任何影響。當計數(shù)到5076或5064(不計后12個啞元)時，電纜兩端兩開關控制信號再次變換極性，使電纜切換到光積分脈沖信號通道。其實，只要在下一個光積分脈沖到來前的空操作的任何時刻完成通道切換即可。
原本最顯然且直接的設計方案是采用另一條規(guī)范的總線(比如422總線)來專門傳輸由ISA板輸出的光積分控制信號，而由CCD視頻信號獨占同軸電纜，這樣也可滿足工程化的要求；而且422總線的雙絞線在惡劣環(huán)境下的傳輸距離和抗干擾性能也令人可以接受。
不過比較來說，單同軸電纜雙向復用總線更有優(yōu)越性。
第一，原理更加簡潔實用，其接口協(xié)議比422接口協(xié)議還簡單；
第二，兩端切換開關的介入并不影響視頻信號的傳輸，而且開關的切換是在一幀CCD信號的兩端外，其可能產(chǎn)生的瞬變電壓或
【基子線陣CCD的長距離傳輸外總線的設計】相關文章：
基于單片機的線陣CCD實時檢測系統(tǒng)的開發(fā)03-18
新型數(shù)字CCD相機及其圖像數(shù)據(jù)傳輸卡設計03-18
運用傳輸矩陣方法實現(xiàn)傳輸線特異媒質的快速和精確仿真03-07
高速PCI總線接口模塊設計03-08
基子Atmega103微控制器的家庭信息終端的設計12-05
基于PXI總線的數(shù)據(jù)采集模塊的設計03-07
基于CAN總線的汽車液晶儀表設計03-07