【正文】 AD623 的反相和同相輸入端．在 AD623 的輸出端接一級射極跟隨器以增強信號的驅(qū)動能力。在產(chǎn)品型號、規(guī)格、封裝形式、適用范圍等方面，已形成一個系列。 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 29 圖 37 TLC2543引腳圖 TLC2543C 的主要性能 TLC2543C是一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次迫近式 AD轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供轉(zhuǎn)換時鐘，12位或 8位串行數(shù)據(jù)輸出 .可采集 11路模擬輸入電壓 .由片內(nèi)多路開關(guān)選通，并采樣保持。 ① 在 I/0 CLOCK的前 8個脈沖上升沿，以 MSB的導(dǎo)前方式從 DATAI NPUT端輸入 8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。當(dāng) /CS保持為低時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 EOC的上升沿，后續(xù)數(shù)據(jù)在 I/0 CLOCK下降沿依次輸出，這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換 的聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 30 結(jié)果。具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴展等特點，已被廣泛地用在 PC機及嵌入式系統(tǒng)上。數(shù)據(jù)通信速率最高可達 8Mbit/s。下面分別是 USB100外部管腳圖和通信原理框圖： 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 31 圖 38 USB100 管腳圖 圖 39 USB 通信原理框圖 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 32 第四章 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計 TLC2543 的通道選擇和方式數(shù)據(jù)為 8位，其功能為 D7， D6， D5 和 D4用來選擇要求轉(zhuǎn)換的通道， D7D6D5D4=0000 時選擇 0通 道， D7D6D5D4=0001 時選擇 1 通道，依次類推； D3D2 用來選擇輸出的數(shù)據(jù)長度，本程序選擇輸出數(shù)據(jù)長度為 12位，即 D3D2=00 或者 D3D2=10； D1， D0 選擇輸入數(shù)據(jù)的導(dǎo)前位， D1D0=00 選擇高位導(dǎo)前。 CLK EQU DIN EQU DOUT EQU CS EQU RDAD： CLR CLK；清 I/O 時鐘 SETB CS；設(shè)置片選為高 CLR CS；設(shè)置片選為低 MOV R4， 08；先讀高八位 MOV A， R1；把方式 /通道控制字放到 A LOP1： MOV C， DOUT；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 RLC A； A寄存器左移，移入結(jié)果 數(shù)據(jù)位，移出方式 /通道控制位 MOV DIN ， C；輸出方式 /通道位 SETB CLK；設(shè)置 I/O 時鐘為高 CLR CLK；清 I/O 時鐘 DJNZ R4， LOP1； R4 不為零則返回 LOP1 MOV R2， A；轉(zhuǎn)換結(jié)果的高 8位放到 R2 中 MOV A， 00H；復(fù)位 A寄存器 MOV R4， 04 再讀低四位 LOP2： MOV C， DOUT；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 RLC A； A寄存器左移移入結(jié)果數(shù)據(jù)位 SETB CLK；設(shè)置 I/O 時鐘為高 CLR CLK；清 I/O 時鐘 DJNZ R4， LOP2； R4 不為 0 則返回 LOP2 MOV R3， A；轉(zhuǎn)換結(jié)果的后 4位放 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 33 USB100 數(shù)據(jù)傳輸模塊非常簡單 ,當(dāng)單片機檢測到 USB100 模塊 TXE 為低時 ,表示內(nèi)部發(fā)送緩沖區(qū)允許發(fā)送數(shù)據(jù)到 USB 端口 ,可以將數(shù)據(jù)通過 8 位數(shù)據(jù)總線發(fā)送給 USB100 ,發(fā)送數(shù)據(jù)鎖存有 WR 控制 . 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 34 第五章 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 本測試儀測試的是中心頻率是 100MHz 的聲光器件， 因此，它主要是對布喇格衍射的測量，而喇曼 納斯衍射發(fā)生的條件是聲頻較低（低于 100MHz）、聲波與光波作用長度比較小，因此對于喇曼 納斯衍射僅作一般觀察。由于偏轉(zhuǎn) 角 ? 比較小，則 ? ≈ LL ( L 為 0 級光與 1級光的偏轉(zhuǎn)距離， L 為聲光介質(zhì)的光出射面到 CCD 線陣光敏面的距離，注意要加上 CCD 器件光敏面至光強儀前面板的距離 )。 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 在布喇格衍射下，測量聲光偏轉(zhuǎn)量，計算超聲波聲速。每一次讀書由于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉(zhuǎn)化結(jié)果可能不準(zhǔn)確，應(yīng)丟棄。標(biāo)準(zhǔn) DIP28封裝 :八位單片機總線接口，對 USB接口的操作如同對外部存儲器操作一樣方便 。在本課題中 USB通訊采用的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)迅通電子科技有限公司開發(fā)的 USB100模塊。 USB 通訊模塊 USB總線是 INTEL,DEC,MICROSOFT,IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于 PC機與外圍設(shè)備的互聯(lián) 。 I/0周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度同時由輸入數(shù)據(jù)的D3D2位選擇 8, 12, 16位時，在前 8個時鐘脈沖之后， DATA INPUT便無效。通過對該芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸入寄存器的編程，可實 現(xiàn) 12位或 8位串行數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)輸出的格式為二進制數(shù)無符號數(shù)或有符號數(shù)、是最高有效位 (MSB)導(dǎo)前輸出還是最低有效位(LSB)導(dǎo)前輸出。就12位 A/D轉(zhuǎn)換器來說， TLC2543具有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡捷、價格低等優(yōu)點已經(jīng)在我國單片機應(yīng)用領(lǐng)域得到很好的推廣了。 圖 35 CCD 模擬輸出信號處理電路 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 28 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 單片機 AT89C51 是整個系統(tǒng)的核心 ,TLC2543 對輸入的模擬信號進行采集 ,轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機通過 P1. 2 接收 ,AD 芯片的通道選擇和方式數(shù)據(jù)通過 P1. 1 輸入到其內(nèi)部的一個 8 位地址和控制寄存器 , 單片機采集的數(shù)據(jù)通過 USB100 向上位機 USB 傳輸 .如圖 36： 圖 36 數(shù)據(jù)采集及傳輸硬件圖 TLC2543 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543C 簡介 TLC2543是具有 11個輸入端的 12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 26 圖 31 CCD 的 OS 端輸出波形 圖 32 CCD 的 DOS 端的輸出波形 圖 33 測量差分信號示意圖 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 27 圖 34 AD623 的內(nèi)部原理圖 AD623 集成了 3 路運放．可單電源或雙電源工作，具有較高的 CMRR 和極低的電壓漂移，除了一個控制可編程增益的外接電阻外，所有元件都集成在內(nèi)部，提高了電路溫度穩(wěn)定度和可靠性。VDIFF 理想狀態(tài)下，一般差模增益 G≥ 1，而共模增益 (％ mismatch／ 100)G ／ (G+1)接近于零，因此可以看出共模增益主要是電阻不匹配的函數(shù)，在實際測量電路中可能會由于電阻值的微小不匹 配而導(dǎo)致兩個輸入端的共模電壓不一致，而使電路的直流共模增益不為零。所以模擬信號輸出在進行后續(xù)處理 (包括長線傳輸 、 A/D 轉(zhuǎn)換等 )之前要進行一系列預(yù)處理，消除視頻信號中的復(fù)位脈沖串?dāng)_及其他干擾，將微弱的視頻信號進行幅值放大及驅(qū)動能力的放大。使其視頻輸出信號中疊加了一些由周期性復(fù)位信號 RS 引起的串?dāng)_信號。循環(huán) 226 次 loop1: out portb,ccd1 。B3,B2,B1,B0 分別為 Q1,Q2,RS,SH mov ccd1,r16 ldi r16,$0a mov ccd2,r16 ldi r16,$04 mov ccd3,r16 ldi r16, $06 mov ccd4,r16 ldi r20,$0f out ddrb,r20 。 AT90S1200擁有 1K片內(nèi) FLASH ROM可以存放 512 條 RISC 指令，對外則有 15 個可編程 I/O 引腳，整個芯片封裝于DIP20 中。 (15) AT90S4414 及 AT90S8515 具有可擴展外部存儲器達 64KB,它們的引腳排列及功能與 8051 相似 ,即可替代 8051 系列單片機 (8751/8752)的應(yīng)用系統(tǒng) ,聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 23 當(dāng)然還在硬件軟件上帶來很多優(yōu)點 (WDT 看門狗 ,摸擬比較器作 A/D,PWM 作 D/A 等 )。 (11) 具有休眠省電功能 (POWER DOWN)及閑置 (IDLE)低功耗功能 。 (7) 并行 I/O 口輸入輸出特性與 PIC 的 HI/LOW輸出及三態(tài)高阻抗 HIZ 輸入類同外 ,也可設(shè)定類同 8051 系列內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能 ,便于作各種應(yīng)用特性所需 (多功能 I/O 口 ), 只有 AVR才是真正的 I/O 口 , 能正確反映 I/O 口的輸入 /輸出真 實情況 。 (3) 高度保密 (LOCK)!可多次燒寫的 FLASH 且具有多重密碼保護鎖死 (LOCK)功能 ,因此可低價快速完成產(chǎn)品商品化 ,且可多次更改程序 (產(chǎn)品升級 )而不必浪費 IC 或電路板 ,大大提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力 。 TCD1252AP 的其他特性參數(shù)如表 21所示。 相對光譜靈敏度 圖 213 TCD1252AP 光譜響應(yīng)曲線 該器件像敏單元不均勻性的典型值為 3%，像敏單元不均勻性的定義有兩種 :一種定義為在 50%飽和曝光量的情況下各個像敏單元之間輸出信號電壓的差值△ U 與各個像敏單元輸出信號均值電壓 U之比的百分?jǐn)?shù)，即另一種用 PRNU(V)表示，定義為 5%飽和曝光量情況下的相鄰像素輸出電壓的最大差值。有效像敏單元信號輸出后，再輸 11 個啞元信號（其中包括 1個用于檢測 1個周期結(jié)束的檢測信號）。 SH 的周期稱為行周期，行周期應(yīng)大于等于 2750 個轉(zhuǎn)移脈沖φ 1的周期 T1。 聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 18 (4) TCD1252AP的特性 如 TCD1252AP 的驅(qū)動脈沖波形圖所示。而且，器件的外形尺寸與封裝尺寸等對于同系列器件基本相同。 圖 210 TCD1252AP 的原理結(jié)構(gòu)圖 模擬移位寄存器轉(zhuǎn) 移 柵光電二 極管補償輸出單元轉(zhuǎn) 移 柵模擬移位寄存器信號輸出單元聲光效應(yīng)線陣 ccd 測試儀畢業(yè)論文 17 TCD1252AP的光敏陣列共有 2738個光電二極管，其中有 38個光電二極管被遮蔽（前邊 13D ～ 39D 的和后邊的 40D ～ 50D ），中間的 2700個光電二極管為有效的光敏單元。它以電荷包的形式存儲和傳送信息，主要由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)構(gòu)等部分組成。 CCD 器件的選擇 CCD電荷耦合器件的突出特點是以電荷作為信號而不同于其它大多數(shù)器件是 以電流或者電壓為信號 CCD，其 功能是電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移因此 CCD工作程的主要問題是信號電荷的產(chǎn)生存儲傳輸和檢測 CCD有兩種基本型。 (6) 分辨率 分辨率是圖像傳感器的重要特性。CCD勢阱中可容納的最大信號電荷量取決于 CCD的電極面積及器件結(jié)構(gòu) (SCCD還是 BCCD) ， 時鐘驅(qū)動方式及驅(qū)動脈沖電壓的幅度等因素。 (3) 光譜響應(yīng) CCD接受光的方式有正面光照和背面光照兩種。一次轉(zhuǎn)移后到達下一個勢阱中的電荷與原來勢阱中的電荷之比稱為轉(zhuǎn)移效率。 圖 29 三相 CCD 電荷轉(zhuǎn)移原理示意圖 ③ 電荷輸出 電荷的輸出主要有三種方式：電流輸出；浮置擴散放大器輸出；浮置柵放大器輸出。當(dāng)光入射到耗盡區(qū)時，因內(nèi)光電效應(yīng)將產(chǎn)生光生電子 — 空穴對，在耗盡區(qū)電場作用下，空穴流入襯底底部，電子則積存于半導(dǎo)體表面。把電極連成三組，構(gòu)成三相 CCD。將這些 MOS 電容以一定間隔排列后，如圖 28 所示，為三個相鄰的 MOS 結(jié)構(gòu)。在光敏元陣列與位移寄存器之間， 有一列轉(zhuǎn)移柵，控制電荷由光敏元轉(zhuǎn)移到位移寄存器。 (3)輸出部分，包括一個輸出二極管和一個輸出柵，它的作用是將信號電荷引出CCD 的轉(zhuǎn)移柵的到二極管，然后由引線輸出。 CCD 的組成部分 CCD是在 MOS晶體管電荷存貯器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，故有人把它說成是“排列起 來的 MOS電容器陣列” 。 CCD 檢測技術(shù) 近年來，光電耦合器件 CCD(Charge Coupled Device)在光學(xué)圖像測量系統(tǒng)中的運用相當(dāng)普遍，當(dāng)被測對象的光信息通過光學(xué)系統(tǒng)，在 CCD的光敏面上形成光學(xué)圖像后， CCD器件把光敏元上的光信息轉(zhuǎn)換成與光強成比例的電荷量，用一定頻率的時鐘脈沖對 CCD進行驅(qū)動，在 CCD的