一种基于高速超微型单片机的CCD驱动电路设计
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2020-12-08
21:11:09
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一种基于高速超微型单片机的一种基于高速超微型单片机的CCD驱动电路设计驱动电路设计
CCD作为一种光电转换器件，由于其具有精度高、分辨率好、性能稳定等特点，目前广泛应用于图像传感和非
接触式测量领域。在CCD应用技术中，最关键的两个问题是CCD驱动时序的产生和CCD输出信号的处理。对于
CCD输出信号，可以根据CCD像素频率和输出信号幅值来选择合适的片外或片内模数转换器；而对于CCD驱动
时序，则有几类常用的产生方法。 1 常用的CCD驱动时序产生方法 CCD厂家众多，型号各异，其驱动
时序的产生方法也多种多样，一般有以下4种： (1)数字电路驱动方法 这种方法是利用数字门电路及时
序电路直接构建驱动时序电路，其核心是一个时钟发生器和几路时钟分频器，各分频器对
CCD作为一种光电转换器件，由于其具有精度高、分辨率好、性能稳定等特点，目前广泛应用于图像传感和非接触式测量领
域。在CCD应用技术中，最关键的两个问题是CCD驱动时序的产生和CCD输出信号的处理。对于CCD输出信号，可以根据
CCD像素频率和输出信号幅值来选择合适的片外或片内模数转换器；而对于CCD驱动时序，则有几类常用的产生方法。
1 常用的常用的CCD驱动时序产生方法驱动时序产生方法
CCD厂家众多，型号各异，其驱动时序的产生方法也多种多样，一般有以下4种：
(1)数字电路驱动方法
这种方法是利用数字门电路及时序电路直接构建驱动时序电路，其核心是一个时钟发生器和几路时钟分频器，各分频器对
同一时钟进行分频以产生所需的各路脉冲。该方法的特点是可以获得稳定的高速驱动脉冲，但逻辑设计和调试比较复杂，所用
集成芯片较多，无法在线调整驱动频率。
(2)EPROM驱动方法
这种驱动电路一般在EPROM中事先存放所有的CCD时序信号数据，并由计数电路产生EPROM的地址使之输出相应的驱
动时序。该方法结构相对简单、运行可靠，但仍需地址产生硬件电路，所需EPR0M容量较大，同样也无法在
线调整驱动频率。
(3)微处理器驱动方法
这种方法利用单片机或DSP通过程序直接在I/O口上输出所需的各路驱动脉冲，硬件简单、调试方便、可在线调整驱动频
率。但由于是依靠程序来产生时序，如果程序设计不合理，会造成时序不均匀；而且往往会造成微处理器资源浪费；通常驱动
频率不高，除非采用高速微处理器。
(4)可编程逻辑器件驱动方法
这种设计方法就是利用CPLD、FPGA等可编程逻辑器件来产生时序驱动信号，硬件简单、调试方便、可靠性好，而且可
以得到较高的驱动频率。同样也可在线调整驱动频率。电路设计完成以后，如果想更改驱动时序，只需将器件内部逻辑重新编
程即可。
以上4类方法中目前常用的是微处理器驱动方法(通常又称为“软件驱动”法)和可编程逻辑器件驱动方法(又称“硬件驱
动”法)。由于在CCD应用系统中，一般都要用到微处理器，所以若采用“软件驱动”法，则无需增加硬件，在电路结构上最为简
单，系统成本也最低，因此，只要能克服其驱动频率低、资源浪费多、时序不均匀等缺点，无疑是一种理想的驱动方法。本文
结合Toshiba公司的TCDl206线阵CCD，介绍如何利用C8051F300来产生其要求的驱动时序。
2 硬件设计硬件设计
如图1所示，虚线框内的电路构成CCD驱动处理板。安装在CCD相机内部。系统处理器采用美国Silabs公司推出的超微型
高速8位单片机C8051F300，CCD采用Toshiba公司的高灵敏度线阵CCD图像传感器芯片TCDl206，双电压供电的总线驱动器
LVC4245解决了单片机(3.3V)和CCD(5V)二者之间的电平匹配。CCD驱动脉冲由C8051F300提供，其像素输出电压经高速运
放AD8031处理，由U0引脚引到外部，同时向外部提供像素同步信号PS和行同步信号FS(由PO．6、P0．7经LVT245总线驱
动器所得)。
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