【正文】 s。 PC 機(jī)串行口的 RS232 電平和單片機(jī)串行口的 TTL 電平規(guī)范不一致，所以必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。可以使用 MAX232 或 ICL232集成電平轉(zhuǎn)換芯片完成這一功能。具體接口線路如圖 。 24 圖 PC機(jī)與單片機(jī)接口線路 圖 在本文中對(duì) CCD 信號(hào)處理中所采取的方案為：對(duì)從 CCD 發(fā)出的四路信號(hào)在經(jīng)過(guò)放大器等器件調(diào)理后經(jīng)由高速 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行硬件處理，在此基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 FIFO 存儲(chǔ)緩沖芯片 IDT7203 中，用CPLD 控制 IDT7203 的讀寫時(shí)序。以單片機(jī)控制 IDT7203 的采樣和發(fā)數(shù)，最后單片機(jī)通過(guò) RS232C 串行總線完成與 PC 機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，其中以 CPLD 實(shí)現(xiàn)對(duì) A/D 與 FIFO 的控制。下文將分別對(duì) TLC5510， IDT7203以及 CPLD 作以進(jìn)一步介紹。應(yīng)用 CPLD 編程以控制 A/D 變 換器與靜態(tài)存儲(chǔ)器的使能 。 25 第五章 基于 線陣 CCD 的 尺寸檢測(cè) 工件 尺寸檢測(cè) 系統(tǒng)總體構(gòu)成 線陣 CCD 在非接觸尺寸檢測(cè)、位移測(cè)量、跟蹤定位、光譜測(cè)量、圖像掃描、生產(chǎn)過(guò)程控制、條形碼讀出等諸多方面發(fā)揮著日益重要的作用。 下面是具有像元細(xì)分算法的尺寸檢測(cè)應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)示意圖：在平行光路中，有一物體 擋 住部分 CCD 像元。如圖 所示。 擋 光物邊界部分的數(shù)據(jù)由表 51 所示，從數(shù)值上看， 擋 光物邊緣光強(qiáng)變化不是很陡，大約跨越十幾個(gè)像元，但從數(shù)據(jù)處理結(jié)果看表52，卻 有相當(dāng)高的精度。 光強(qiáng)分布CC D擋光物平行光路 圖 光路示意圖 工件尺寸 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理 1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 為了提高邊界部分的分辨率以改善測(cè)量精度，一方面在數(shù)據(jù)處理上采用了像元細(xì)分技術(shù) ，另一方面，為了克服環(huán)境光變化的影響，通過(guò)軟件調(diào)整積分時(shí)間來(lái)控制信號(hào)的幅度。數(shù)據(jù)處理流程如下： 26 采集時(shí)不斷調(diào)整積分時(shí)間，控制幅度最大的像元處于接近飽和的微小范圍，以克服光強(qiáng)變化帶來(lái)得影響；而后找到 擋 光物的左邊界和右邊界，取幅值最大像元的 1/2 點(diǎn)作為線性插值，兩邊 的差值即為 檔光物體的尺寸。 表 51 檔光物邊界部分采集的數(shù)據(jù) … 194 193 188 174 160 140 114 85 59 40 29 22 17 14 12 11 10 … 2 2 3 4 5 6 8 10 14 19 28 40 58 85 114 142 165 184 196 197 … 表 52 是 CCD 像面上不同照度時(shí)的測(cè)量結(jié)果。從表中可以看出在峰值大于 220 或小于 219 時(shí)，積分時(shí)間常數(shù)會(huì)相應(yīng)調(diào)整，以保證測(cè)量的精度。 表 52 是 CCD像面上不同 照度時(shí)的測(cè)量結(jié)果 測(cè)量序號(hào) 峰值 積分常數(shù) 左邊界 右邊界 實(shí)測(cè)值 1 219 228 2 218 229 3 218 230 4 219 230 5 219 230 6 220 230 7 222 229 8 222 228 9 222 227 10 217 228 11 217 229 12 217 230 13 217 231 14 217 232 15 217 233 27 測(cè)量序號(hào) 峰值 積分常數(shù) 左邊界 右邊界 實(shí)測(cè)值 1 218 122 2 221 121 3 219 121 4 219 121 5 219 121 6 218 122 7 220 122 8 221 121 9 218 122 10 220 122 11 221 121 12 218 122 13 221 121 14 219 121 15 218 122 2. MATLAB 軟件 MATLAB 是由美國(guó) Math Works 公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的數(shù)學(xué)計(jì)算環(huán)境。是近五年來(lái)在國(guó)外，特別是在美國(guó)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)流行很廣的一種數(shù)值計(jì)算及圖形工具軟件。它集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)學(xué)計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖像的生成等功能。它的特點(diǎn)是語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)值計(jì)算高效，圖形功能完備，特別適合非專業(yè)的計(jì)算機(jī)編程 人員完成日常的數(shù)值計(jì)算、科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、圖形圖像生成等通用性任務(wù)時(shí)使用。 MATLAB不愧為優(yōu)秀的數(shù)學(xué)軟件。下圖為實(shí)際采集的數(shù)據(jù)在 MATLAB 軟件中得出的圖形。 28 05010 015 020 025 050 0 63 3 17 67 19 600 圖 實(shí)際采集數(shù)據(jù)（ 2160 像元） 29 第六章 結(jié)論與展望 理論意義： 圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)由幾十萬(wàn)像素，發(fā)展到 400、 500 萬(wàn)像素甚至更高。其關(guān)鍵 零部件 —— 圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來(lái)業(yè)界關(guān)注的對(duì)象。圖像傳感器產(chǎn)品主要分為 CCD、CMOS 以及 CIS 傳感器三種。 目前的 CCD 組件，每一個(gè)像素的面積和開發(fā)初期比較起來(lái)，己縮小到 1/10 以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的要求下，單位面積將會(huì)更加的縮小。 而對(duì)其信號(hào)的處理的意義也越加的重要。 現(xiàn)實(shí)意義 ： CCD 有兩種基本類型：（ 1）電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為表面溝道 CCD，簡(jiǎn)稱 SCCD。（ 2）體溝道 CCD—— 電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并可在半導(dǎo)體體內(nèi) 沿一定方向傳輸，有時(shí)也稱為埋溝道器件。CCD 又可分為線型（ Linear）與面型（ Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng)影像輸入產(chǎn)品上。 CCD 用于尺寸測(cè)量的技術(shù)是非常有效的非接觸檢測(cè)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種加工件的在線檢測(cè)和高精度，高速度的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。由 CCD像傳感器 ，光學(xué)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)構(gòu)成的 CCD 光電尺寸檢測(cè)儀器的使用范圍和優(yōu)越性是現(xiàn)有機(jī)械式，光學(xué)式，電磁是測(cè)量?jī)x器都無(wú)法比擬的。這與 CCD 本身所具有的高分辨率，高靈敏度， 像素位置信息強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊及其自掃描的特性密切相關(guān)。這種測(cè)量方法往往無(wú)須配置復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而減少產(chǎn)生誤差來(lái)源，使測(cè)量更準(zhǔn)確，更方便 。 因此對(duì)于 CCD 的研究，其現(xiàn)實(shí)意義十分重要，對(duì)于提高影響輸入產(chǎn)品的特性方面有著十分深遠(yuǎn)的影響。 30 參考文獻(xiàn) [1]王慶有 .CCD 應(yīng)用技術(shù) [M] .天津：天津大學(xué)出版社， 2021 [2]潘松 .EDA 技術(shù)實(shí)用教程 [M] .北京：科學(xué)出版社， 2021 [3]張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，喬立巖 .新編 MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M] .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2021 [4]王 道憲 .CPLD/FPGA 可編程邏輯器件應(yīng)用與開發(fā) [M] .北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2021 [5]趙茂泰 .智能儀器原理及應(yīng)用 [M] .北京：電子工業(yè)出版社， 1999 [6]李郁 .關(guān)于數(shù)碼相機(jī)圖像傳感器的工作原理 [J] .高等函授學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 )， 2021，第 15 期， 2024 [7]馬俊婷 ,李仰軍 ,郝曉劍 .科學(xué)級(jí) CCD 相機(jī)的噪聲分析和信號(hào)處理[J] .華北工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021，第 2 期， 2226 [8]王福瑞 .單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 [M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [9]Altera Digital library[M] .USA： Altera,2021 [10]Stefan Description[M] .USA： Altera,2021 [11]Xilinx Book[M] .USA： Xilinx,2021 [12]雷玉堂，王慶有，何加銘，張偉風(fēng) .光電檢測(cè)技術(shù) [M] .北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 2021 31 附 錄： 附錄一 TCD1206 的完整的驅(qū)動(dòng)時(shí)序 32 附錄 二 TCD1206 的外部連線圖 +5 V ?1111SHRS1?2?1IC12 V21 20 19 18 17 16 15 14 13 12111222 3 4 5 6 7 8 9 10TC D1 20 6U PSS S H NC NC N C N C NC N C NC N COS D OS O D RS N C N C NC N C NC N C1?2?TR 1TR 2噪聲端信號(hào)端Ω Ω Ω Ω 15 015 022 0022 00150150 33 附錄 三 用 MAX+plus II 仿真出的 CCD 驅(qū)動(dòng)電路的波形 為更好的看到 SH 的周期，把程序改成 Tsh 4Tcr1，如下圖所示：