基于C8051F340驅(qū)動與采集的CCD光電遙測垂線儀
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3 CCD驅(qū)動實現(xiàn)
儀器采用日本東芝公司的線陣CCD TCD1702C，其像素總數(shù)為7 500個單元，像敏單元長為7 μm、高為7 μm，中心距亦為7 μm。像敏區(qū)總長為52．5 mm。
獲取線陣CCD的二維圖像，必須配以驅(qū)動脈沖序列。圖2為TCD1702C的驅(qū)動脈沖波形圖。它的驅(qū)動脈沖由5路脈沖構(gòu)成，輸出為2路與光強相關(guān)的模擬信號，一路為奇數(shù)單元的信號，另一路為偶數(shù)單元的信號。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/192829.htm
TCD1702C是沒有快門控制的CCD器件，在順序讀出的過程中光敏單元仍然對光敏感，在驅(qū)動脈沖頻率允許的范圍內(nèi)，頻率越高越能反應出光敏單元真實的光照情況，反之得到的是模糊的圖像。利用單片機產(chǎn)生脈沖序列非常容易，但以往的單片機系統(tǒng)頻率低，產(chǎn)生的脈沖序列頻率遠達不到1 MHz，所以環(huán)境光對其影響特別大，這也是通常要使用CPLD驅(qū)動CCD的原因。
C8051F340具有精確校準的最大12 MHz內(nèi)部振蕩器以及可外接最大12 MHz外部晶體振蕩器，4倍時鐘乘法器允許使用12 MHz振蕩器產(chǎn)生48 MHz時鐘，大大提高了指令執(zhí)行速度。只要所選擇的振蕩器被使能并穩(wěn)定運行，單片機的系統(tǒng)時鐘可以在內(nèi)部振蕩器、外部振蕩器和4倍時鐘乘法器之間自由切換。在掃描CCD過程中，啟用了單片機的4倍時鐘乘法器，使脈沖序列的頻率達到1 MHz以上，在掃描結(jié)束后關(guān)閉4倍時鐘乘法器，以降低系統(tǒng)功耗。為提高脈沖序列的驅(qū)動能力，在單片機I／O端口與TCD1702C之間設(shè)置了CMOS反相器。這樣大大減化了電路設(shè)計，降低了儀器成本，同時達到了降低環(huán)境光影響的效果。
4 CCD輸出信號采集實現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理
根據(jù)線陣CCD的檢測原理，被檢測對象的光信息通過光學成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元將其上的光強度轉(zhuǎn)換成電荷量。CCD在一定頻率的時鐘脈沖的驅(qū)動下，在CCD的輸出端可以獲得被測對象的視頻信號。
在CCD輸出端獲得的視頻信號幅值較小，為了便于CCD輸出信號采集，對CCD輸出信號做了一定的處理。CCD采集實現(xiàn)原理框圖如圖3所示。
TCD1702C輸出信號經(jīng)放大、整形處理后，得到比較直觀且易于檢測的脈沖信號，如圖4所示。整形輸出端連接至C8051F340單片機的外部中斷端口。當掃描至陰影的邊緣時發(fā)生中斷，記錄下掃描脈沖數(shù)，掃描結(jié)束后通過對這些邊緣的計算可得到標點和垂線的坐標。
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