基于单片机的线阵CCD驱动及采集系统的设计

    TCD1200D线阵CCD传感器特性：
    ·像敏单元数目：2160像元
    ·像敏单元大小：14×14×14 μ m(相邻像元中心距为14 μ m)
    ·光敏区域：采用高灵敏度PN结作为光敏单元
    ·时钟：二相(5V)
    ·内部电路：包含采样保持电路，输出预放大电路
    ·封装形式：22脚DIP封装。[page]

    其中SH为积分脉冲，高电平的时候，CCD像元开始累积电荷，低电平的时候停止积累；φ1、φ2为两路反相的驱动脉冲，其主要作用是控制电荷的转移；RS为信号触发脉冲，每个下跳沿会触发一个像元释放电荷，从而将电信号输出；OS则是输出信号，在经过13个哑元输出和光屏蔽输出后，输出有用信号；DOS则是参考电平信号，与OS差分之后，得到最终的信号输出。这些脉冲的要求频率高(例如RS典型频率参考值是1 MHz)，相互之间匹配要求高，因而一般单片机的操作难以完成。

2 硬件电路设计
    如图2所示，CCD的驱动需要发送包括SH、φ1、φ2、RS等4个驱动脉冲，其中RS的频率范围是0．02MHz到2MHz，典型值是1MHz。这种高频率的脉冲，对单片机来说，难以独立完成，所以本系统选用了一定的数字电路进行辅助设计。同时由于C8051F020单片机的A／D转换最高值为500kHz，而CCD发送模拟信号的频率(即OS的频率)与RS相同，所以RS的频率亦选为500kHz。
    具体方案是用单片机自带的PCA模块发送稳定的1MHz的方波脉冲，然后通过D触发器(74HC74芯片)进行2次分频，获得5V、0.5MHz和0.25M Hz的方波脉冲(两种频率都各有两路电平总是相反的脉冲)，其中0．5MHz脉冲作为RS驱动脉冲，0.25MHz的两路脉冲分别作为φ1和φ2的脉冲。同时用定时器2检测RS，进行计数，确定SH的积分时间，发送符合要求的SH脉冲，同时SH的脉冲需要一个反相器，进行电平转换(3V～5V)，和发送D触发器的控制脉冲。对于DOS的采集，本系统选用的是用OP27搭建的减法器和跟随器进行采集。
    CCD的脉冲控制和信号A／D转换工作主要由C8051F020单片机完成。如前所述，TX0和RX0配置在P0．O和P0．1，进行RS232通讯；由P0．2口(PCA)发送1 MHz的稳定方波脉冲；P0．3(T2)进行RS (0．5 M Hz)的计数；A／D转换触发控制位(CNVSTR)连入引脚P0．4；P0．5通过定时器2控制，发送SH脉冲；P1．1为模拟输入口，接收模拟信号。